فهرست مطالب

فصلنامه سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی
سال یازدهم شماره 3 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/08/12
  • تعداد عناوین: 6
|
  • نعمت الله کوهستانی، شفق رستگار*، قدرت الله حیدری، شعبان شتایی جویباری، حمید امیرنژاد صفحات 1-21

    پیش بینی روند تغییرات کاربری و وضعیت پوشش گیاهی در اکوسیستم های مرتعی از طریق تصاویر ماهواره ای، به مدیران منابع طبیعی در تصمیم گیری کمک خواهد نمود. هدف از این مطالعه پایش و پیش بینی تغییرات کاربری و وضعیت پوشش اراضی مراتعی حوزه آبخیز نوررود با استفاده از مدل تلفیقی زنجیره مارکوف در یک دوره ی 60 ساله (1367- 1427) می باشد. در این پژوهش بعد از پیش پردازش تصاویر ماهواره ای لندست از سنجنده های TM (1367، 1377 و 1387) و OLI (1397) از ماه های مشابه (تیر)، طبقه بندی تصاویر با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال انجام گرفت. نتایج با استفاده از نقشه های توپوگرافی با مقیاس 25000: 1، عکس های هوایی موجود و برداشت های زمینی (1397) مورد ارزیابی صحت قرار گرفت. بطوریکه بیشترین و کمترین ضریب کاپا به ترتیب مربوط به تصاویر سال های 1377 و1367 با مقادیر 86/0 و 81/0 بوده است. با استفاده از ماتریس احتمال تبدیل طبقات کاربری اراضی و اعمال مدل تلفیقی زنجیره های مارکوف در سه مقطع ده ساله طی سال های (1397-1427)، پیش بینی گردید. نتایج این بررسی طی سال های 1367 تا 1397 نشان داد که مناطق جنگلی و مراتع درجه یک و سه در حوزه آبخیز نوررود روند کاهشی و مراتع درجه دو و اراضی سنگلاخی و مسکونی نیز روند افزایشی را داشته است. سطح کل مراتع از 116206 هکتار در سال 1367 به 106336 هکتار در سال 1397 کاهش یافته است. مدل پیش بینی مارکوف با دقت بیش از 85 درصد نشان می دهد روند تغییرات کاربری اراضی طی سال های 1397-1427، همانند دوره های قبل خواهد بود. به این صورت که کاربری های وضعیت پوشش مرتعی درجه یک (پرتراکم)، روند کاهشی (کاهش 3537 هکتار) و کاربری های نواحی سنگلاخی و مسکونی نیز روند افزایشی را تا سال 1427 خواهند داشت. پیش بینی روند تغییرات کاربری اراضی طی سال های 1397-1427 (30 سال) نیز به این صورت خواهد بود که کاربری های وضعیت پوشش مرتعی درجه یک، روند کاهشی و کاربری های نواحی سنگلاخی و مسکونی روند افزایشی خواهند داشت.

    کلیدواژگان: پوشش اراضی، شاخص نرمال شده تفاضل پوشش گیاهی، تغییرات کاربری، مدل تلفیقی مارکوف، حوزه آبخیز نوررود
  • مهدیه ابوالحسنی، احد ستوده*، پرستو پریور صفحات 22-39
    پیشینه و هدف

    رشد جمعیت و گسترش شهرنشینی سبب تغییرات زیاد پوشش و کاربری اراضی شده که به طور گسترده ای بر ساختار، عملکرد و خدمات اکوسیستم تاثیر می گذارد. از سال 2008 بیش از نیمی از جمعیت جهان در مناطق شهری زندگی می کنند که طبق پیش بینی سازمان ملل تا سال 2050، 80 درصد جمعیت جهانی شهری خواهد شد و این افزایش مداوم موجب گسترش سریع مناطق شهری می شود. اکثر این شهرها در کشورهای درحال توسعه، به ویژه در آسیا و آفریقا واقع شده اند که بخش قابل توجهی از آن ها، کشورهای خشک و نیمه خشک هستند. برآوردها نشان می دهد که 85 درصد از کل اراضی ایران تحت تاثیر شرایط خشک و نیمه خشک هستند. مناطق خشک با اقلیم خشک، پوشش گیاهی تنک، کمبود آب، بارش محدود و محیط زیست بسیار شکننده مشخص می شوند. این ویژگی ها باعث شکننده شدن اکوسیستم های شهری می شوند. با توجه به اینکه عملکرد و کارکردهای محیطی به ترکیب و توزیع عناصر ساختاری آن ها بستگی دارد، برای درک بهتر پویایی سیمای سرزمین، بررسی تغییرات الگوهای مکانی ضروری است. اطلاعات تغییرات کاربری ها درگذر زمان می تواند تغییرات آتی را پیش بینی کرده و همچنین در شناخت توان و استعداد اراضی کاربرد دارند که می تواند در دستیابی به برنامه ریزی و طراحی اصولی و پایدار کمک کرده و روند نامناسب تغییرات اراضی را تعیین و از گسترش آن جلوگیری کرد. برای شناسایی این الگوی مکانی و تغییرات آن از سنجه های سیمای سرزمین می توان استفاده کرد. کمی سازی تغییرات در سیمای سرزمین با استفاده از سنجه های سیمای سرزمین صورت می پذیرد و برای تحلیل و برنامه ریزی کاربری ها مورداستفاده قرار می گیرد. سنجه ها ابزار مناسبی برای طراحی و یافتن ارتباط دقیق بین ساختار و عملکرد کاربری های سیمای سرزمین هستند. بر همین اساس در این پژوهش سعی شده است تا با بررسی و اندازه گیری تغییرات ساختار سرزمین شهری شهر یزد با استفاده از سنجه های سیمای سرزمین در طی سه دهه در این منطقه از تخریب و تکه تکه شدن الگوهای طبیعی جلوگیری شود و به برنامه ریزان و سیاست گذاران برای جهت گیری توسعه پایدار شهری کمک کند. هدف این مطالعه کمی سازی و اندازه گیری تغییرات الگوهای مکانی پوشش اراضی شهر یزد با استفاده از سنجه های سیمای سرزمین در دو سطح طبقه و سیمای سرزمین در طی دوره 27 سال است. همچنین توزیع و ترکیب الگوی فضایی پوشش اراضی در دو سطح لکه های سبز و ساخته شده که نقش عمده ای بر کارکرد اکوسیستم دارند، موردبررسی قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش از تصاویر ماهواره ای لندست 5 به تاریخ 1371 و لندست 8 به تاریخ 1397 استفاده شد. پس از انجام تصحیحات لازم بر روی تصاویر ماهواره ای، طبقه بندی نظارت شده به روش حداکثر احتمال انجام شد. با توجه به تنوع پوشش های موجود در منطقه، سه طبقه شامل اراضی بایر، پوشش گیاهی و شهری مورد شناسایی و طبقه بندی قرار گرفت. به منظور بررسی دقت طبقه بندی تصاویر، از ماتریس خطا و محاسبه پارامترهای آماری ضریب کاپا و صحت کلی استفاده شد. ضریب کاپا و صحت کلی تصاویر طبقه بندی شده سال 1370 و 1397 به ترتیب 0.83، 96 درصد و 0.81، 90 درصد به دست آمد. با استفاده از نرم افزار فرگاستات Fragstats  برای محاسبه ی سنجه های سیمای سرزمین استفاده شد. در مطالعه حاضر با توجه به هدف تحقیق، سنجه های مساحت لکه (CA)، تعداد لکه (NP)، درصد مساحت لکه (PLAND)، میانگین اندازه لکه (AREA)، فشردگی لکه (GYRATE)، نزدیک ترین فاصله اقلیدسی (ENN)، و پیوستگی (CONTAGE) در سطح کلاس و سیمای سرزمین انتخاب و مورداندازه گیری قرار گرفتند.

    نتایج و بحث 

    در این مطالعه با بررسی سنجه های مختلف در دو مقیاس کلاس و سیمای سرزمین استنباط شد که سیمای سرزمین در طبقه اراضی بایر و پوشش گیاهی در حال خرد شدن و گسستگی بیشتر در طی دوره زمانی موردبررسی است. درحالی که پوشش شهری در طی این مدت یکپارچه تر و مساحت بیشتری را در برگرفته است که نشان دهنده آثار مخرب فعالیت های انسانی بر محیط زیست است. طی دوره موردمطالعه بیشترین افزایش مساحت نسبت به سایر طبقه ها، متعلق به طبقه پوشش شهری است، در این مطالعه بیشترین تعداد لکه نسبت به سایر طبقه ها را طبقه پوشش گیاهی داشته است. تعداد لکه های پوشش گیاهی طی دوره مطالعه افزایش و تعداد لکه های اراضی بایر و پوشش شهری کاهش یافته است. نتایج حاصل از این سنجه در کنار سنجه مساحت، نشان دهنده پدیده خرد دانه شدن پوشش گیاهی در شهر یزد است. تغییر کاربری های کشاورزی و باغداری به مناطق مسکونی باعث ازهم گسیختگی لکه های پوشش گیاهی شده است. متوسط اندازه لکه در کلاس پوشش شهری افزایش و در دوطبقه پوشش گیاهی و اراضی بایر کاهش یافته که نشان می دهد سطح نفوذناپذیر در شهر موردمطالعه افزایش یافته و سطح به هم پیوست ه ای را به وجود آورده اند. سنجه میانگین فاصله هر سلول در لکه با مرکز ثقل در دو کلاس اراضی بایر و پوشش گیاهی کاهش یافته و بیشترین کاهش مربوط به کلاس پوشش گیاهی است که نشان دهنده کاهش فشردگی این لکه ها است. سنجه نزدیک ترین فاصله اقلیدسی لکه ها در تمامی کاربری ها افزایش یافته است که بیشترین میزان مربوط به اراضی بایر است.

    نتیجه گیری

    نتایج حاصل از بررسی تغییرات سنجه مساحت کلاس نشان دهنده این است که مساحت کاربری اراضی شهری طی دوره موردبررسی به میزان 4346.82 هکتار افزایش یافته است. دلیل این امر، افزایش جمعیت شهر یزد است. در سال 1370 جمعیت این شهر 275298 نفر بوده و در سال 1397 به 529673 نفر رسیده است؛ یعنی به میزان 254375 نفر افزایش جمعیت داشته است؛ بنابراین به فضای بیشتری جهت رشد و گسترش شهر نیاز است که سبب توسعه فیزیکی کاربری ساخت وساز می شود. در اثر گسترش فضایی شهر، حدود 1667.61 هکتار از اراضی کشاورزی و باغات موجود در شهر یزد از بین رفته و در محدوده خدماتی شهر ادغام شده و به زیرساخت های شهری تبدیل شده است. افزایش زیرساخت و فعالیت های انسانی بدون توجه به ظرفیت و توان اکولوژیکی این منطقه، می تواند مشکلات زیست محیطی بسیاری را به دنبال داشته باشد. ازاین رو برای جلوگیری از تخریب بیشتر محیط زیست و کاهش کیفیت آن لازم است برنامه های پایش و ارزیابی الگوهای پراکنش کاربری اراضی به طور مداوم اندازه گیری شود تا بتوانند به عنوان راهنمایی برای ارزیابی وضعیت موجود اکوسیستم شهری کاربردی باشند.

    کلیدواژگان: سیمای سرزمین، سنجه های سیمای سرزمین، تجزیه وتحلیل مکانی، مناطق خشک
  • مریم رضایی، هدی قاسمیه*، خدایار عبدالهی صفحات 40-61
    پیشینه و هدف

    امروزه به منظور استفاده منطقی آب برای محصولات کشاورزی نیاز به درک و شناخت دقیق فرآیند تبخیر-تعرق وجود دارد. تبخیر-تعرق یکی از مهم ترین مولفه های بیلان آب است و ازاین رو یک متغیر کلیدی برای مدیریت بهینه منابع آب به شمار می آید. هدف از انجام پژوهش حاضر برآورد و تجزیه وتحلیل توزیع مکانی و زمانی تبخیر-تعرق واقعی در مقیاس زمانی ماهانه با استفاده از مدل متریک و مشاهدات ماهواره مودیس در حوزه آبخیز ونک و بررسی صحت نتایج متریک با الگوریتم بیلان انرژی سطحی برای زمین، سبال (SEBAL) است.  

    مواد و روش ها

     روش های زیادی برای تخمین دقیق تبخیر-تعرق نقطه ای وجود دارد، ازجمله لایسیمترهای وزنی (Weighing lysimeter)، روش نسبت بوون (Bowen ratio technique) و روش ادی کوواریانس (Eddy covariance). نقطه ضعف روش های ذکرشده این است که، این روش ها فقط تبخیر-تعرق را برای یک مکان خاص برآورد می کنند و قادر به برآورد تبخیر-تعرق منطقه ای نیستند. مدل متریک توسط آلن و همکاران در سال 2007 بر اساس مدل شناخته شده سبال (باستیانسن، 1998)، ارایه گردیده است. مدل متریک، یک روش مبتنی بر سنجش ازدور است که تبخیر-تعرق واقعی را به عنوان باقیمانده معادله بیلان انرژی سطح برآورد می کند. در پژوهش حاضر، توزیع مکانی و زمانی تبخیر-تعرق واقعی حوضه ونک از آوریل تا نوامبر 2013 و 2014، با استفاده از مدل متریک برآورد شد و با استفاده از تصاویر سنجنده مودیس، امکان استفاده از متریک، موردبررسی قرار گرفت. حوزه آبخیز ونک در قسمت جنوب شرقی حوزه کارون شمالی قرارگرفته است و ازلحاظ جغرافیایی بین استان های چهارمحال و بختیاری و اصفهان قرارگرفته است. 60 تصویر سنجنده مودیس مربوط به شاخص سطح برگ (MOD15A2)، دمای سطح زمین (MOD11A2) و بازتاب سطحی (MOD09A1)، با فواصل زمانی هشت روزه استخراج گردید. تصاویر ذکرشده از وب سایت USGS دانلود گردید و سیستم مختصات تصاویر از حالت سینوسی به متریک (UTM) تبدیل شدند. فاکتور مقیاس مربوط به تصاویر  LAI و LST و بازتاب سطحی به ترتیب 0.1، 0.02 و 0.0001 است. شروع تخمین تبخیر-تعرق در مدل متریک با معادله بیلان انرژی، است. مجموعه داده ها شامل مشاهدات مودیس و داده های هواشناسی ایستگاه های موجود در حوزه و اطراف آن به منظور محاسبه شارهای انرژی سطحی لحظه ای شامل؛ شار تابش خالص، شار گرمای خاک و شارگرمای محسوس در فن پردازش است. تبخیر-تعرق، در لحظه تصویر برای هر پیکسل، از تقسیم مقادیر شار گرمای نهان (LE) بر گرمای نهان تبخیر و چگالی آب، محاسبه شد.

    نتایج و بحث 

    در طول این تحقیق، حد بالایی تبخیر-تعرق، افزایش تدریجی از آوریل تا جولای را در هر دو سال 2013 و 2014 نشان داد. با توجه به نتایج به دست آمده، حداکثر میزان تبخیر-تعرق واقعی در سال های 2013 و 2014 برای ماه جولای به ترتیب 244 و 263 میلی متر در ماه به دست آمد. به طورکلی نتایج به دست آمده از این مقاله می تواند به شناخت بهتر تغییرات تبخیر-تعرق منطقه ای کمک کند. مقایسه توزیع های مکانیAET، LAIوLST ، در منطقه مطالعاتی نتایج نشان داد که توزیع مکانیAET تحت تاثیر دو عاملLAI وLST ، قرارگرفته است که از آزمون همبستگی پیرسون برای بررسی رابطه دو متغیرLAI وLST  با تبخیر-تعرق واقعی استفاده شد. نتایج به دست آمده، نواحی با پوشش گیاهی متراکم و دمای سطح زمین پایین دارای مقادیر بالای تبخیر-تعرق بوده و مناطق دارای دمای سطح بالا و پوشش گیاهی پراکنده و کم از مقدار تبخیر-تعرق کمیبرخوردارند.نتایج نشان داد که روند تغییرات میانگین دمای ماهانه، همسو با تبخیر-تعرق واقعی است، در مورد میانگین آلبیدو و شار تابش خالص نیز روند مشابهی دیده شد. لازم به ذکر است که عدم وجود اندازه گیری های زمینی برای مقایسه آن ها با مقادیر تبخیر-تعرق مدل، یک محدودیت بالقوه از پژوهش حاضر است. بااین حال، رویکرد پیشنهادی، ارزیابی برآوردهای تبخیر-تعرق به دست آمده از مدل متریک با برآوردهای تبخیر-تعرق حاصل از مدل سبال، (به عنوان روش استاندارد) است، که رویکردی است که به طور گسترده برای مقابله با چنین محدودیت هایی استفاده می شود. در گام دوم تجزیه وتحلیل، در پژوهش حاضر، مقادیر برآوردی تبخیر-تعرق ماهانه با استفاده از معادلات متریک در مقابل سبال برای حوزه ونک در سال 2014، مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج مدل سبال به عنوان مرجعی برای مقایسه نتایج به دست آمده از مدل متریک مورداستفاده قرار گرفت. بررسی آماری به منظور تعیین اختلاف بین تبخیر-تعرق ماهانه استخراج شده از متریک در مقابل تبخیر-تعرق ماهانه استخراج شده از سبال صورت گرفت. از معیارهای ارزیابی ضریب نش-ساتکلیف (NS; Nash-Sutcliffe coefficient)، ضریب تبیینCoefficient of Determination و میانگین خطای مطلق (MAE; Mean Absolute Error)، استفاده شد. مقادیر بالای ضرایب R2 و نش-ساتکلیف و مقادیر پایین MAE نشان داد که مدل متریک در بیشتر ماه ها با مدل سبال، ارتباط نزدیکی دارد. مقادیر تبخیر-تعرق ماهانه برآورد شده توسط مدل متریک در مقابل مقادیر تبخیر-تعرق ماهانه تخمین زده شده از مدل سبال، از آوریل  تا نوامبر 2014 برای حوزه ونک ارزیابی و مقایسه گردید. بر اساس نتایج کلی نشان می دهد که پراکندگی برآوردها در یک حد قابل قبول است. در سال 2014، توافق خوبی بین مدل های متریک و سبال وجود داشت (R2 =0.96-0.99، NSE=0.93-0.99و MAE=1.3-7.53). در سال 2014، نتایج دیگر نشان داد که در هر دو مدل، حد بالایی تبخیر-تعرق، افزایش تدریجی از آوریل تا جولای را نشان داد.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده، نواحی دارای شاخص پوشش گیاهی بالا (LAI) و دمای سطح زمین پایین نسبت به سایر نواحی که دارای شاخص پوشش گیاهی پایین و دمای سطح زمین بالا هستند از میزان تبخیر-تعرق بیشتری برخوردارند. روند تغییرات سری زمانی شاخص LAI و تبخیر-تعرق در این پژوهش، با روند تغییرات پارامترهای مذکور در تحقیقی که توسط ریزگونزانلس و همکاران (2019) با استفاده از مدل متریک در داکوتا بررسی شده بود، مطابقت داشت.

    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق واقعی، تغییرات زمانی-مکانی، سنجش ازدور، بیلان انرژی، حوزه آبخیز ونک
  • آزاد کاکه ممی، مهدی معمری، اردوان قربانی*، سحر غفاری صفحات 68-86
    پیشینه و هدف

    ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی و پوشش زمین منجر به ایجاد درک صحیحی از نحوه تعامل انسان و محیط زیست می شود. سنجه های سیمای سرزمین می توانند به عنوان اساس مقایسه سناریوهای متفاوت سیمای سرزمین، یا شناخت تغییر و تحولات سیمای سرزمین در طی زمان باشند. استفاده از سنجه های سیمای سرزمین، ضمن صرفه جویی در زمان، ارزیابی زیست محیطی پیامد فعالیت های انسانی را به صورت تجمعی در کوتاه ترین زمان امکان پذیر می سازد. افزایش جمعیت در دهه های اخیر، پتانسیل بالای منطقه برای کشاورزی، افزایش سطح توقعات و تقاضای بیش تر برای کسب درآمد، پایین بودن نرخ اشتغال، مطرح شدن منطقه از نظر گردشگری، توسعه راه های ارتباطی و همچنین تصمیم های نادرست در سال های اخیر موجب تغییرات کاربری متعددی در سطح استان اردبیل شده است.  با توجه به اهمیت اکولوژیکی منطقه، به نظر می رسد پژوهش تجزیه وتحلیل ارتباط سنجه های سیمای سرزمین با تغییرات کاربری/پوشش اراضی استان اردبیل در بازه زمانی سال های 1987 تا 2015 راهی برای کمی کردن اثر این تغییرات بر سیمای سرزمین است.

    مواد و روش ها 

    در این پژوهش از داده های سنجنده TM لندست 5 (سال 1987) و سنجنده OLI لندست 8 (سال 2015) در یک بازه زمانی 28 ساله برای ارزیابی روند تغییرات کاربری/پوشش زمین استان اردبیل استفاده شد. به منظور ارزیابی صحت و اصلاح هندسی نقشه های کاربری/پوشش اراضی از نقشه های توپوگرافی 1:25000 سازمان نقشه برداری کشور استفاده شد. پس از تهیه نقشه های تغییرات کاربری/پوشش اراضی، سنجه های مربوط به کاربری/پوشش اراضی در سطح کلاس با استفاده از نرم افزار FRAGSTATS استخراج شدند. به منظور پرهیز از تولید اطلاعات اضافی، بر اساس مرور منابع و دانش کارشناسی، و با توجه به تناسب سنجه ها با هدف مطالعه و توجه به همبستگی بین مفهوم آن ها، مجموعه ای سنجه های سیمای سرزمین مناسب و مرتبط با تغییرات کاربری/پوشش اراضی استخراج شد. سنجه های مساحت کلاس، درصد از سیمای سرزمین، تعداد لکه، میانگین اندازه لکه، تراکم حاشیه، بزرگ ترین لکه، حاشیه کل و تراکم لکه محاسبه و ارتباط آن ها با تغییرات کاربری/پوشش به روش مقایسه ای روند تجزیه وتحلیل شد.

    نتایج و بحث

    بیش ترین تغییر در میانگین مساحت کاربری/پوشش و اندازه لکه در بازه زمانی 1987 تا 2015 (به ترتیب 75186 و 1164.35 هکتار) مربوط به مرتع با روند کاهشی است. با افزایش جمعیت طی سال های اخیر و در نتیجه فاصله کم نقاط شهری و روستایی از همدیگر، ساخت و سازه های کم تراکم، توسعه شبکه حمل و نقل و رشد نواری یا خطی سبب شده که اندازه لکه کاربری های انسان ساخت در طول بازه زمانی موردمطالعه افزایش یابد. همچنین به منظور تامین نیازهای معیشتی با توجه به پتانسیل اقلیمی منطقه شاهد افزایش اراضی کشاورزی با تغییر اراضی مرتعی در سراسر منطقه به خصوص در شمال (شهرستان های پارس آباد و بیله سوار) و جنوب (شهرستان خلخال) استان اردبیل هستیم، که موجب کاهش درصد مرتع (از 58.17 به 53.89 درصد) شده است. در واقع روند تغییر مراتع به سمت تکه تکه شدن است که سبب کاهش متوسط اندازه لکه و به عبارتی کاهش پایداری مراتع می شود. از سوی دیگر کاربری انسان ساخت به طرز بسیار ناهمگون و نامناسبی در استان اردبیل گسترش یافته است که باعث افزایش مرز مشترک با لکه های طبیعی و در نتیجه افزایش نفوذ در لکه های طبیعی (جنگل و مرتع) و تخریب بیشتر آن ها شده است. افزایش سنجه مساحت، بزرگ ترین لکه، حاشیه کل، تراکم لکه و تعداد لکه های پهنه های آبی در بازه زمانی 1987 تا 2015 به دلیل افزایش سدهای جدیدالاحداث در این دوره است. افزایش تقاضا و تمایل به تولید بیشتر و از سوی دیگر دسترسی به منابع آبی در این بازه زمانی، موجب تغییر مرتع به کشاورزی (زراعت آبی) و در نتیجه توسعه سطوح کشاورزی در منطقه شده است. از سوی دیگر با افزایش منابع آبی در استان بیش ترین کاهش در بزرگ ترین اندازه لکه در بازه زمانی موردمطالعه در زراعت دیم اتفاق افتاده است. ارزیابی تعداد لکه نشان داد که بیش ترین تغییر در طول بازه زمانی 1987 تا 2015 مربوط به کلاس زراعت دیم با روند افزایشی (2651 لکه) بوده است که با توجه به افزایش جمعیت در دهه های اخیر، پتانسیل بالای منطقه برای کشاورزی و افزایش سطح توقعات و تقاضای بیش تر برای کسب درآمد بوده که این افزایش بیانگر خردشدگی و وجود اختلال در سرزمین است که در نتیجه سبب کاهش اراضی جنگلی و مرتعی و افزایش اراضی کشاورزی شده است. بیش ترین تغییر در تراکم حاشیه در بازه زمانی 1987 تا 2015 مربوط به مرتع با روند افزایشی (11.78 متر در هکتار) و کمترین تغییر در تراکم حاشیه مربوط به جنگل با روند افزایشی (0.06 متر در هکتار) است. مقایسه تراکم حاشیه نشان داد که گسترش اراضی انسان ساخت و افزایش کاربری های کشاورزی (زراعت دیم و آبی)، سبب افزایش تراکم حاشیه لکه های مرتعی شده است و حالت تکه تکه بیش تری را نسبت به سایر کاربری ها داشته است. افزایش سطح کشاورزی در اثر پیوسته شدن لکه ها به یکدیگر موجب کاهش سنجه تعداد لکه و افزایش سنجه متوسط اندازه لکه در اثر کاهش تکه تکه شدگی شده است. از افزایش تعداد لکه ها در بازه زمانی موردمطالعه (از 20065 به 23802 لکه) می توان نتیجه گرفت که در اثر دخل و تصرف انسان گرایش سیمای سرزمین در استان اردبیل به سمت ساختار ریزدانه است و تعداد لکه های انسان ساخت مصنوعی و نیمه طبیعی افزایش یافته که منجر به کاهش اراضی جنگلی و مرتعی شده است. نتایج نشان داد که اراضی مسکونی و زراعی (کشت دیم و آبی) در بازه زمانی موردمطالعه روند تغییرات کاملا همسو داشته درصورتی که روند معکوس با اراضی جنگلی و مرتعی دارد که می تواند ناشی از اثر مستقیم و شدت تاثیر حضور انسان در تعیین الگوی پراکنش مکانی انواع کاربری /پوشش اراضی باشد.

    نتیجه گیری

    با توجه به رشد کنترل نشده اراضی مسکونی و زراعی (دیم و آبی) در سال های اخیر، برای جلوگیری از تخریب بیش تر و همچنین حفظ اراضی جنگلی و مرتعی پیشنهاد می شود آمایش سرزمین بر مبنای عناصر ساختاری و مفاهیم سیمای سرزمین انجام شود. تغییر در ساختار سیمای سرزمین در کاربری های با درجات متفاوت صورت گرفته است و کمی کردن این تغییرات با استفاده از سنجه های سیمای سرزمین از مواردی است که می تواند به تجزیه وتحلیل الگوی تغییرات مکانی کمک نماید.

    کلیدواژگان: شئ گرا، تعداد لکه، تراکم حاشیه، تراکم لکه، بزرگترین لکه، سنجش از دور
  • مریم میراکبری*، زهره ابراهیمی خوسفی صفحات 87-105
    پیشینه و هدف

    شاخص عمق اپتیکی آیروسل یکی از پرکاربردترین شاخص ها جهت بررسی وضعیت آلودگی هوای مناطق مختلف به ویژه مناطق خشک و بیابانی است. مناطق خشک و نیمه خشک از منابع اصلی ذرات گرد و غبار معلق در جو هستند. ایران به دلیل قرار گرفتن در منطقه خشک و نیمه خشک در طول سال با توفان های گرد و غبار متعددی مواجه است، که خسارات زیست محیطی و اقتصادی-اجتماعی جبران ناپذیری را به مناطق مختلفی از کشور وارد کرده است. یکی از این مناطق، منطقه جنوب شرق کشور است که به دلیل وزش بادهای 120 روزه در نیمی از سال (اوایل بهار تا اواخر تابستان) تحت تاثیر توفان های گرد و غبار قرار می گیرند و هرساله حجم زیادی از ذرات شن و گرد و غبار از این طریق، وارد جو می شود. لذا بررسی و پایش تغییرات زمانی و مکانی ذرات معلق موجود در جو که گرد و غبار نیز بخش عمده ای از ذرات معلق در این مناطق است، در این منطقه از کشور حایز اهمیت است. درواقع اطلاع از تغییرات زمانی و مکانی ذرات معلق می تواند در ارایه راهکارهای مناسب جهت کاهش خسارات ناشی از این ذرات مفید باشد. در این مطالعه به دلیل کمبود ایستگاه های اندازه گیری زمینی ذرات معلق، مشخصه عمق اپتیکی آیروسل ها بر اساس محصول عمق اپتیکی آیروسل (AOD) سنجنده مودیس طی دوره آماری 18 ساله (1380- 1397) جهت پایش و تحلیل تغییرات مکانی و زمانی غلظت آیروسل ها در نواحی جنوب شرق ایران مورد استفاده قرار گرفت. تغییرات زمانی AOD در مقیاس های زمانی ماهانه، فصلی و سالانه، بر اساس آزمون روند من- کندال پیش سفید شده تعیین گردید.

    مواد و روش ها

     برای انجام تحقیق حاضر از داده های روزانه AOD متعلق به سطح 4 سنجنده مودیس استفاده شده است. با توجه به اینکه دوره زمانی مورد بررسی 18 ساله است (1397-1380)، در مجموع 6570 فریم از محصولات روزانه AOD سنجنده مودیس برای بازه زمانی 1380 تا 1397 به فرمت NetCDF از آرشیو USGS دریافت شد. داده های اخذشده AOD با کدنویسی در محیط برنامه Matlab برای 13 ایستگاه سینوپتیک موجود در منطقه مطالعاتی استخراج شدند. جهت اعتبارسنجی داده های AOD سنجنده مودیس، از داده های غلظت ذرات معلق کوچک تر از 10 میکرومتر (PM10) که در ایستگاه های پایش آلاینده ها به ثبت می رسد، استفاده شد. در مرحله بعد، به منظور بررسی تغییرات زمانی و مکانی غلظت آیروسل ها، نقشه های پهنه بندی شده AOD با استفاده از میانگین مقادیر استخراج شده طی دوره آماری، به روش وزن دهی فاصله معکوس (IDW) تهیه شدند. در این روش هر ایستگاه یا نقطه اندازه گیری دارای تاثیر محلی است که با افزایش فاصله کاهش می یابد، به طوری که مکان های نزدیک به نقطه اندازه گیری وزن بیشتری خواهند داشت. در گام بعدی، روند تغییرات زمانی آن ها در مقیاس های زمانی مختلف با استفاده از روش من-کندال پیش سفید شده مورد بررسی قرار گرفت.

    نتایج و بحث

    نتایج حاصل از اعتبارسنجی AOD حاکی از وجود ارتباط قوی و معنی دار، بین عمق اپتیکی ذرات معلق سنجنده مودیس (AOD) و غلظت ذرات معلق (PM10) در سطح اطمینان 95درصد آماری است. لذا می توان این گونه استنباط کرد که داده های AOD از دقت قابل قبولی برای بررسی و تحلیل تغییرات ذرات معلق جو در منطقه مطالعاتی برخوردار هستند. توزیع مکانی AOD در سطح منطقه مطالعاتی طی سال های 1380 تا 13973 نشان داد نواحی غربی و مرکزی (ایستگاه های کرمان، بافت، سیرجان، رفسنجان) کمترین میزان AOD را به خود اختصاص داده اند. این در حالی است که نواحی شمال شرقی، شرق و جنوبی (استان سیستان بلوچستان) تحت تاثیر غلظت بالاتری از ذرات معلق قرارگرفته اند. میزان AOD در دوره آماری بین 0.14 تا 0.53 متغیر بوده است که به ترتیب در سال های 1395 و 1382وقوع یافته است. بررسی تغییرات زمانی AOD در مقیاس سالانه نشان داد میزان مواد معلق جو در سال های 1380، 1382، 1387، 1388 و 1391 در منطقه مطالعاتی به بالاترین مقدار رسیده است که ایستگاه های زابل، زهک، زاهدان، خاش و ایرانشهر به ترتیب بیشترین مقدار AOD را در دوره آماری دارا می باشند. مقادیر میانگین AOD فصلی نشان داد که در تابستان و بهار، غلظت مواد معلق به بیشترین حد رسیده درحالی که در پاییز و زمستان این مقدار به حداقل رسیده است. همچنین تغییرات افزایشی ذرات معلق جو از فروردین ماه شروع شده در تیر به حداکثر مقدار رسیده و سپس از مرداد تغییرات کاهشی دارد. روند تغییرات میزان AOD در مقیاس سالانه بر اساس آزمون من- کندال نشان داد در اکثر ایستگاه های محدوده مطالعاتی به استثنای رفسنجان دارای روند کاهشی بوده، که تنها در ایستگاه های زاهدان، زهک، زابل، سراوان و بم در سطح 5 درصد کاهشی و معنی دار بوده است. مقادیر آماره آزمون من- کندال AOD در مقیاس ماهانه نشان داد ماه های اردیبهشت، خرداد، تیر و مهر به ترتیب دارای بیشترین فراوانی روند معنی دار طی دوره آماری در منطقه مطالعاتی می باشند. روند ماهانه AOD نیز حاکی از تغییرات کاهشی غلظت مواد معلق طی دوره آماری است. به طوری که در ماه های اردیبهشت، خرداد، تیر، مرداد، آبان و اسفند طی دوره آماری در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی غلظت مواد معلق روند کاهشی داشته است. نتایج بررسی روند تغییرات فصلی AOD نیز حاکی از روند کاهشی غلظت مواد معلق جو به ویژه در فصول تابستان و بهار است. در فصل پاییز فقط برای ایستگاه کرمان ، تغییرات AOD دارای روند افزایشی بوده است.

    نتیجه گیری 

    یکی از منابع اطلاعاتی موجود برای دسترسی به عمق اپتیکی آیروسل ها، سنجنده مودیس است. بر اساس نتایج تحقیق حاضر رابطه قابل قبولی میان محصول AOD سنجند مودیس و داده های PM10 اندازه گیری شده در ایستگاه های زمینی برقرار است. نتایج تحقیق نشان داد میانگین AOD در مقیاس سالانه بین 0.14 تا 0.53 متغیر است که بالاترین مقدار AOD در سال 1382 و حداقل مقدار آن در سال 1395 اتفاق افتاده است. بررسی روند سالانه AOD نشان داد در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی غلظت مواد معلق سیر نزولی دارد. سیر نزولی میزان ذرات معلق جو می تواند به دلیل کاهش وقایع گرد و غبار ناشی از افزایش سطح پوشش گیاهی در منطقه باشد. مقادیر میانگین ماهانه و فصلی AOD نشان داد غلظت ذرات معلق طی پاییز و زمستان در ماه های آبان، آذر، دی و بهمن دارای حداقل مقدار و تابستان و بهار در ماه های تیر، خرداد و اردیبهشت دارای حداکثر مقدار است. این در حالی است که روند تغییرات زمانی AOD در مقیاس فصلی و ماهانه نیز در اکثر ایستگاه های منطقه مطالعاتی طی دوره آماری، کاهشی است. به طورکلی نتایج تحقیق حاضر نشان داد ناحیه غربی منطقه مطالعاتی که در استان کرمان واقع شده است با غلظت کمتری از ذرات معلق نسبت به نواحی شرقی واقع در استان سیستان بلوچستان، طی دوره آماری مواجهه بوده است. به طورکلی، کاهش مقادیر مربوط به غلظت آیروسل ها در برخی از مناطق موردبررسی در این پژوهش می تواند بیانگر بهبود کیفیت هوای این مناطق باشد. به نظر می رسد اعمال روش های اجرایی و مدیریتی مناسب در این منطقه از کشور که در سال های اخیر موردتوجه بسیاری از مدیران و تصمیم گیرندگان بوده است، توانسته نقش بسزایی در کاهش آلودگی غلظت هواویزها در این منطقه از کشور داشته باشد.

    کلیدواژگان: سنجش ازدور، تخریب اراضی، آزمون من-کندال، مناطق خشک، آلودگی هوا
  • رضا ذاکری نژاد* صفحات 106-122
    پیشینه و هدف

    فرسایش خندقی به عنوان یک نوع فرسایش آبی در اقلیم های متفاوتی از مناطق خشک تا مرطوب گسترش یافته است. این نوع از هدر رفت خاک با تجمع رواناب ها، موجب جابجای و تخریب افق های سطحی خاک می گردد. در مناطق وسیعی از ایران در شمال، مرکزی و جنوب با این نوع هدر رفت خاک مواجه می باشند. درواقع فرسایش خندقی به دلایل توپوگرافی متنوع، فرسایش پذیری خاک، عدم مدیریت صحیح خاک و کاربری نامناسب اراضی در بسیاری از این مناطق رخ می دهد. بنابراین برای حفاظت خاک در این مناطق لازم هست که نقشه حساسیت به فرسایش خندقی در دسترس مدیران و برنامه ریزان قرار داشته باشد. پارامترهای زیادی در ایجاد فرسایش خندقی تاثیر دارند ازجمله خاک، زمین شناسی منطقه، تکتونیک، هیدرولوژی، کاربری اراضی، پوشش گیاهی و توپوگرافی، که در مطالعات مختلف در سراسر جهان به آن اشاره شده است. معیار توپوگرافی منطقه از پارامترهای مهم در ایجاد فرسایش آبی ازجمله فرسایش آبکندی محسوب می گردد، که در هر منطقه با توجه به ویژگی های فیزیکی منطقه منحصربه فرد عمل می کند.  این پارامتر همچنین در واقع به صورت غیرمستقیم بر دیگر شاخص ها و یا معیارها تاثیرگذار است (مانند تاثیر آن بر پوشش گیاهی، اقلیم یا خاک منطقه). اگرچه تحقیقات زیادی در زمینه فرسایش خندقی صورت گرفته است، ولی مطالعات کمی در زمینه کاربرد مدل های آماری تصادفی انجام گرفته است. این مطالعه اولین تحقیق در زمینه کاربرد مدل آماری حداکثر آنتروپی مکسنت در مناطق مرکزی ایران با تاکید بر اهمیت شاخص های توپوگرافی مستخرج از مدل های رقومی رایگان است. و به عنوان یک روش جدید جهت تهیه نقشه حساسیت فرسایش خندقی در حوزه آبخیز سمیرم در جنوب استان اصفهان است. این حوزه آبخیز توسط تحت تاثیر فرسایش های شدید آبی از جمله خندقی، شیاری و لغزشی است. همچنین این مطالعه ارزیابی نتایج در مدل رقومی ارتفاعی SRTM و ASTER با قدرت تفکیک 30 متر در تهیه نقشه خطر فرسایش خندق است که داده های فوق از سایت زمین شناسی امریکا (USGS) تهیه گردید. تاکید اصلی در این تحقیق بر روی شاخص های توپوگرافی بود زیرا که این شاخص ها به صورت مستقیم و غیرمستقیم بر روی ویژگی ها خاک، پوشش گیاهی و اقلیم نیز تاثیرگذار می باشند.

    مواد و روش ها 

    در این تحقیق برای پیش بینی مناطق حساس که در نتیجه فرسایش خندقی می باشند شامل مراحل ذیل است. در مرحله اول، با استفاده از تصاویر گوگل ارث و عکس های هوایی و همچنین عملیات میدانی اقدام به دیجتایز کردن تعدادی از مناطق فرسایش خندقی به صورت پلی گون انجام گردید که در ادامه کار تبدیل به نقاط گردیدند. در مرحله دوم اقدام به تهیه مهم ترین شاخص های توپوگرافی  موثر به عنوان لایه های محیطی موثر بر رخداد فرسایش خندقی گردید. شاخص های توپوگرافی شامل شاخص رطوبت توپوگرافی، شاخص انحنا، شاخص انحنا پروفایل، شاخص شیب، شاخص جهت، شاخص قدرت فرسایندگی جریان، شاخص طول جریان، شاخص حوزه یا تمرکز جریان، شاخص همگرایی، شاخص ارتفاع و شاخص LS. این شاخص ها از دو  مدل رقومی ارتفاعی ASTER و SRTM با دقت 30 متر در محیط نرم افزار ساگا جی ای اس (SAGAGIS) تهیه گردید که در نهایت تبدیل به فرمت ASCII جهت اجرای مدل گردید. قبل از استخراج این شاخص های توپوگرافی، پیش پردازهای لازم شامل فیلترگذاری و حذف خطاهای هیدرولوژیک و در محیط نرم افزار ArcGIS و ساگا و با استفاده از الگوریتم داربکس و پلانچون اقدام گردید. مدل مکسنت مدل حداکثر آنتروپی یک روش کلی برای پیش بینی یا استنباط از اطلاعات ناکامل است. این مدل برنامه های کاربردی در مناطق مختلف مانند نجوم، بازسازی تصویر، فیزیک آماری و پردازش سیگنال را مورد بررسی قرار می دهد. ایده مدل مکسنت تخمین احتمال رخداد هدف مورد مطالعه است. در واقع این مدل تنها نیاز به داده های رخداد فرسایش خندقی نیاز دارد (داده های موجود) از دیگر مزایای این مدل موارد زیر را شامل می شود؛ تنها به اطلاعات مربوط به وجود فرسایش، همراه با اطلاعات زیست محیطی برای کل منطقه مورد مطالعه نیاز دارد. این مدل می تواند از هر دو نوع داده های پیوسته و یا گسسته جهت متغیرهای مستقل در مدل بکار برده شود.

    نتایج و بحث

    با به کار بردن مدل مکسنت در حوزه سمیرم، 70 درصد نقاط خندقی به عنوان نقاط تعلیمی به مدل و 30 درصد آن به عنوان نقاط آزمایشی جهت تعیین صحت ارزیابی نقشه نهایی تعیین گردید. اعتبار مدل مورد استفاده در این تحقیق با استفاده از سطح زیر نمودار راک یا سطح زیر منحنی AUC مورد ارزیابی قرار گرفت. نمودارهای راک به صورت اتوماتیک با اجرای این مدل برای دو نوع داده تعلیمی و آزمایشی تهیه می گردد. میزان AUC جهت پهنه بندی فرسایش خندقی برای داده های تعلیمی نقشه های رقومی ارتفاع ASTER و SRTM به ترتیب 0.64 و 0.72 و برای نمونه های آزمایشی 0.68 و 0.73 است. این نتایج بیانگر آن است که مدل ارتفاعی SRTM دارای دقت بالاتری نسبت به ASTER است، و نقشه پتانسیل فرسایش خندقی با اجرا کردن شاخص های مستخرج از مدل ارتفاعی SRTM آورده شده است به نظر می رسد یکی از دلایل پایین بودن دقت مدل ASTER به دلیل تاثیر پوشش گیاهی باشد گه باعث ایجاد خطاهای تراس مانند شده است درحالی که  در نقشه رقومی ارتفاعی SRTM به دلیل ماهیت راداری امواج این خطا کاهش یافته و نقشه دقیق تری از این مدل، تهیه شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که شاخص های قدرت فرسایندگی جریان آب با 40.30 درصد، ارتفاع با 22.7 درصد و شاخص همگرایی با 18 درصد دارای بیشترین تاثیر بر میزان فرسایش خندقی منطقه مطالعاتی می باشند. در این مطالعه نقشه پهنه بندی  پتانسیل فرسایش خندقی در حوزه آبخیز سمیرم نشان می دهد، که مناطق با پتانسیل بالای فرسایشی بیشتر در نواحی جنوبی و جنوب غربی حوزه مورد مطالعه است.

    نتیجه گیری

    این مطالعه با استفاده از مدل مکسنت به منظور تهیه نقشه حساسیت به فرسایش خندق در حوزه آبریز سمیرم در جنوب استان اصفهان و با استفاده از شاخص های توپوگرافی موثر و با استفاده از مدل حداکثر آنتروپی جهت شناسایی مناطق حساس فرسایش خندقی و همچنین شاخص های تاثیرگذار اقدام گردید. از نتایج این مطالعه می توان برای برنامه ریزی کاربری اراضی و مدیریت مناطق دارای فرسایش خندق در جهت  توسعه پایدار استفاده کرد. اگرچه نتایج این تحقیق نقش بارز شاخص های توپوگرافی را در تهیه نقشه پتانسیل خندقی نشان داده ولی جهت افرایش دقت نتایج مدل سازی می توان با توجه به قابلیت اطلاعات در دسترس در منطقه مورد از دیگر معیارهای تاثیرگذار در فرسایش خندقی از قبیل کاربری اراضی، پوشش گیاهی و خاک  و غیره برای پهنه بندی مناطق به حساسیت فرسایش خندقی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: فرسایش خندقی، مدل رقومی ارتفاع، مدل مکسنت، سیستم اطلاعات جغرافیایی
|
  • Nematollah Koohestani, Shafagh Rastgar *, Ghodratollah Heidari, Shaban Shatai Joybari, Hamid Amirnejad Pages 1-21

    Predicting the trend of land use/land cover chenges in natural range ecosystem via remote sensing techniques and evaluating their potentials by modeling, plays an important role in decision making. The goal of this research is monitoring and predicting land use/land cover changes in Nour-rood basin by CA-Markov in a 60 year periods (1988-2048). Landsat TM (1988, 1998, 2008) and OLI (2018) imagery of similar months (in July) were classified by maximum likelihood method algorithm. Terrestrial reality derived from topographic at scale 1:25000 and aerial photos available in the (GDNR) and (WMM) during 1988-2008 and field visits (2018) were evaluated for accuracy. The accuracy of the production maps calculated with Kappa coefficient. So that the highest and lowest ratio were related to the images of 1998 and 1988, respectively with the values of 0.86 and 0.81. The results were compared with field ground truth to determine the accuracy of results. Random matric used to convert land use classes and the map of land cover of Nour-rud basin predicted, in (2018-2028). The results showed that in (1988-2018), forests and rangelands with excellent and fair cover conditions had decreasing and ranges with good condition, rocks and residential areas had increasing trend. Total area of rangelands decreased from 116206 hectares in 1988 to 106336 hectares in 2018. Moreover, the results of Markov model with more than 85% precision showed the same trend of land use changes from 2018-2048. Excellent rangeland cover conditions, showed decreasing trend, rocky and residential areas will also have an increasing trend until 2048. Markov's prediction model also shows an accuracy of more than 85%. The trend of land use changes during 2018-2048 will be the same as in previous. In whitch case, excellent range condition will have decreasing trend; rocky and residential areas will have an increasing trend until 2048.

    Keywords: Land cover, Normalized difference vegetation index (NDVI), Landuse, CA-Markov model, Nour-rud river basin
  • Mahdieh Abolhassani, Ahad Sotoudeh *, Parasto Parivar Pages 22-39
    Background and Objective

    Population growth and urbanization have caused many changes in land use and land cover that has been greatly affected by the structure, function and service of the ecosystem. Since 2008, more than half of the world's population has lived in urban areas, which, according to the United Nations, 80 percent of the world's population will be urban by 2050, and this continuous increase will lead to the rapid expansion of urban areas. Most of these cities are located in developing countries, especially in Asia and Africa, where a considerable part of them are arid and semi-arid countries. Estimates show that 85 percent of total Iran's lands are under arid and semiarid conditions climate. Arid areas with dry climate, poor vegetation, lack of water, limited rainfall and very fragile environment are identified. These characteristics cause the vulnerability of urban ecosystems. Considering that the function and performance of the environment depended on the composition and distribution of their structural elements, to better understand the dynamics of land, it is necessary to study the changes in spatial patterns. Information on land use changes over time can predict future changes and also be used to identify land a principled and sustainable design and planning,  also to determine the improper process of land change and prevent its spread. Landscape metrics can be used to identify this spatial pattern and it's change.  Applicability of landscape metrics is for the Quantifying of the landscape change and also it's used for analysis and planning of land uses. Metrics is a useful tool for designing and finding exact relationships between the structure and function of landscape functions. Accordingly, this study has tried to study and measure changes in landscape structure of Yazd city by using landscape metrics for three decades in this region from destruction and fragmentation of natural patterns and help planners and policymakers for the orientation of sustainable urban development. The aim of this study is to quantify and measure changes in spatial patterns of land use in Yazd city by using landscape metrics in two levels of class and landscape during the period of 27 years. Also, the distribution and composition of spatial patterns of land use have been investigated in two levels of green and built-up patches that have a major role in ecosystem function.

    Materials and Methods

    In this study, Landsat 5 at 1991 and Landsat 8 at 2017 satellite images have been used. After performing the necessary corrections on the satellite images, the classification was done using the maximum likelihood method. according to the diversity of vegetation in the area, three categories including bare land, vegetation and built-up were identified and classified. In order to investigate the accuracy of classification, error matrix and statistical parameters of the kappa coefficient and overall accuracy were used. The kappa coefficient and overall accuracy of the classification images for 2017  and 1991 are 0.81, 90%, 0.83 96%, respectively. The Fragstats 4.1 software was used to calculate the landscape metrics. In the present study, according to the aim of the study, Class Area (CA), Number of patches (NP), Percentage of Landscape (PLAND), AREA, Radius of Gyration (GYRATE), Euclidean Nearest Neighbor Distance (ENN), and Contagion landscape metrics (CONTAGE) were selected and evaluated at the class and landscape level.

    Results and Discussion

    In this research, by studying different metrics in the two scales of class and landscape, it was inferred that the landscape in open land and green spaces are being crushed and discrete over a period. While built-up has become more integrated and more expansive over the period, it shows the destructive effects of human activities on the environment. During the studied period, the highest increase in area to other classes belongs to the built-up class. In this study, the maximum number of patches is related to other classes of a green space class. The number of vegetation patches increased and the number of patches opens land and urban class decreased. The results of this metric along with area metrics show the phenomenon of fragmented in Yazd city. Changes in agricultural and gardening land use to residential areas cause disintegration of vegetation patches. The mean patch size of the built-up class has increased and in two vegetation and open land decreased. It shows that the impervious area in the studied city has increased. The average distance metric of each cell in the patches with the center of gravity in two classes of open land and vegetation decreased and the largest reduction is in the green space class. The Euclidean nearest-neighbour distance metric of patches in all uses has been increased which is related to open land.

    Conclusion

    The results of the study of metrics changes in the class area show that the built-up has increased by 4346.82 ha in the studied period. The reason for this is the increase in the population of Yazd city, which in 1991 and 2017 were 275298 and 529673  respectively. Therefore, more space is needed for the growth and expansion of the city, which causes the physical development of the construction. Due to the spatial expansion of the city, about 1667.61 ha of the agricultural lands and gardens in Yazd city has been destroyed and integrated into urban infrastructures. Increasing human infrastructure and activities without considering the capacity and ecological capability of this area can cause many environmental problems. Therefore, in order to prevent further degradation of the environment and reduce its quality. Monitoring and evaluation of land use patterns should be measured continuously so that they can be used as a guide to assess the current status of the urban ecosystem.

    Keywords: Landscape, Landscape metrics, Spatial analysis, Dry regions
  • Maryam Rezaei, Hoda Ghasemieh *, Khodayar Abdollahi Pages 40-61
    Background and Objective

    Nowadays, in order to logical use of water for agricultural products, an accurate understanding of the evapotranspiration process is needed. Evapotranspiration is one of the most significant components of water balance hence it is a key variable for the optimal management of water resources. In this paper, we aim to the analysis of the spatial and temporal and distribution of actual evapotranspiration (AET) at monthly time scale using the METRIC approach, driven by MODIS satellite observations over the Vanak Basin and check the accuracy of the METRIC results with (SEBAL, Surface Energy Balance Algorithm for Land).

    Materials and Methods 

    There are many methods for correct estimation of point evapotranspiration, such as weighing lysimeters, the Bowen ratio, and the eddy correlation methods. The weakness of the mentioned methods is that these techniques only provide evapotranspiration for a specific site and they can't estimate regional evaporation. The METRIC model was developed by Allen et al., (2007) based on the well-known SEBAL model (Bastiaanssen, 1998). METRIC model is a remote sensing-based method that estimates actual evapotranspiration as a residual of the surface energy balance. Herein, the spatial and temporal distribution of actual evapotranspiration of the Vanak Basin from April to November 2013–2014 was estimated using the METRIC model and using MODIS satellite data, the feasibility of using METRIC was investigated. Vanak Basin is located in the southeastern part of the Northern Karoon Basin. It is geographically placed between Chaharmahal va Bakhtiari and Isfahan provinces. 60 MODIS products of Leaf Area Index (MOD15A2), land surface temperature LST (MOD11A2) and surface reflectance (MOD09A1) in 8-day time step were extracted. The mentioned images were downloaded from the USGS website and the images were re-projected from the Sinusoidal projection to UTM projection. The scale factor for LAI, LST and Surface Reflectance were 0.1,0,02 and 0.0001, respectively. Estimation of ET with the METRIC model begins with energy balance. Data sets such as MODIS observations and weather data from the stations in and near the Vanak Basin are used to calculate instantaneous surface energy fluxes including net radiation flux (Rn), soil heat flux (G) and sensible heat flux (H) in the processing technique. ET at the instant of the satellite image is computed for each pixel by dividing LE values by latent heat of vaporization and density of water.

    Results and Discussion 

    Throughout this research, the upper limit of the variation of AET showed a gradual increase from April to July in both 2013 and 2014. According to the results, the maximum amount of actual evapotranspiration in 2013 and 2014 for the July month was obtained 244 and 263 mm per month respectively. In general, the results of this paper will help us better understand the variations of regional AET. Comparison of the spatial distributions of AET, LAI and LST in the study area showed that the spatial distribution of AET was affected by two factors, LAI and LST, that Pearson correlation test was used to assess the relationship between two variables LAI and LST with actual evapotranspiration. Based on the results, the regions which had dense vegetation and low land surface temperatures had high AET rates, while in the regions with sparse vegetation and high land surface temperatures, the AET rate was low. The results showed that the trend of changes in the mean monthly temperature is in line with the monthly actual evapotranspiration; the same trend was observed in the case of albedo and net radiation flux. It should be noted that the absence of ground measurements for comparing them to the modelled AET amounts was a potential limitation of the current study.  However, our approach of evaluating AET estimates derived from the METRIC model with the AET estimates derived from SEBAL model is a widely used (as standard approach) approach to tackle such limitations. In the second step of the analysis, this paper compares the estimated monthly AET using the equations of the METRIC versus the SEBAL, for the Vanak Basin in 2014. The outcome of the SEBAL model was used as a reference to compare the results obtained from the METRIC model. The statistical analysis was performed to determine the differences between monthly AET derived from METRIC vs. monthly AET derived from SEBAL. The Nash–Sutcliffe model efficiency coefficient (NSE), Coefficient of Determination (R2) and Mean absolute error (MAE) are used, that the results showed high R2 values and NS coefficients and low MAE values indicate that METRIC is closely related to SEBAL Model in the most of the months. The monthly AET values estimated by the METRIC model versus the monthly AET values estimated from the SEBAL model were evaluated and compared for the Vanak Basin from April to November 2014. Based on the overall results the scatter of estimations is in an acceptable range. In 2014, there was good agreement between METRIC and SEBAL models (R2=0.96–0.99, NSE = 0.93–0.99 and MAE = 1.3–7.53 mm month−1). In 2014, other results indicated that in both models, the upper limit of the variation of AET showed a gradual increase from April to July.

    Conclusion

    According to the results, the regions with high leaf area index (LAI) and low land surface temperature have more evapotranspiration than other regions with low leaf area index and high land surface temperature. The trend of the time series of LAI index and evapotranspiration in this study was consistent with the trend of changes in the parameters mentioned in the study, which was described by Reyes-González et al (2019) that use of the METRIC model in Dacota.

    Keywords: Actual Evapotranspiration, Spatial-temporal variation, remote sensing, energy balance, Vanak basin
  • Azad Kakehmami, Mehdi Moameri, Ardavan Ghorbani *, Sahar Ghafari Pages 68-86
    Background and Objective

    Assessing the process of land use and land cover (LULC) changes leads to a clear understanding of how humans and the environment interact. Landscape metrics can be used as a basis for comparing different scenarios of landscape or recognizing changes and developments in landscape over time. The use of landscape metrics, while saving time, makes it possible to assess the environmental impact of human activities in the shortest time. Population growth in recent decades, the region's high potential for farming, rising expectations and higher demand for income, low employment rates, tourism in the region, the development of communication routes, as well as inappropriate decisions in recent years have led to many changes in Ardabil province. Given the ecological importance of the study area, it seems that the analysis of the relationship between landscape metrics and LULC changes of Ardabil province in the period 1987 to 2015 is a way to quantify the impact of these changes on the landscape.

    Materials and Methods

    In this study, the data of Landsat 5 Thematic Mapper (TM) sensor (1987) and Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) sensor (2015) were used in a 28-year period to evaluate the trend of LULC changes in Ardabil province. In order to accuracy assessment and geometric correction of LULC maps, 1:25000 topographic maps of the National Cartographic Center of Iran were used. After preparing LULC change maps, LULC metrics were extracted using the FRAGSTATS software. In order to avoid the production of additional information, based on the literature review and expert knowledge, and according to the appropriateness of the criteria with the aim of studying and paying attention to the correlation between there, a set of landscape metrics related to LULC change was extracted. Then, the index of class area (CA), percentage of landscape (PL), number of patches (NP), mean patch size (MPS), edge density (ED), largest patch index (LPI), total edge(TE) and patch density (PD) were calculated and their relationship to LU/LC changes was analyzed by comparative analysis method.

    Results and Discussion 

    The biggest change in the mean patch size of LULC in the period of 1987 to 2015 (75186 and 1164.354 hectares, respectively) is related to rangelands with a decreasing trend. Population growth in recent years and the resulting to decrease distances between urban and rural areas, low-density construction, transportation network development, and strip or linear growth have led to an increase in the number of man-made patches over time. Moreover, in order to access the living needs, Due to the climatic potential there is an increase in farmlands by changing rangelands throughout the region, especially in the north (Parsabad and Bilesvar counties) and south (Khalkhal county) of Ardabil province, which reduces the percentage of rangelands (From 58.17 to 53.89%). In fact, the process of rangelands change is fragmented, which reduces the mean patch size and, in other words, reduces the stability of the rangelands. On the other hand, man-made land use types have spread in a very heterogeneous and inappropriate way in Ardabil province, which has increased the common border with natural patch and as a result has increased the influence on natural patch (forests and rangelands) and further destroyed them. The increase in class area, largest patch index, total edge, patch density and number of patches of water bodies in the period 1987 to 2015 are due to the increased construction of dams in this period. The increase in requirement and the desire to produce more, and on the other hand the availability of water resources in this period, has changed the rangelands to farmlands (irrigated farming) and as a result, the development of agricultural levels in the region. On the other hand, with the increase of water resources in the province, in the largest patch index of the patches occurred during the study period in dry farming lands. Evaluation of the number of patches showed that the biggest change during the period 1987 to 2015 was related to dry farming class with an increasing trend (2651 patches), which due to human population growth in recent decades, high potential of the region for agriculture and increasing expectations and demand to earn money, this increase indicates the fragmentation and disruption of the landscape, which has resulted in a decrease in forest and rangelands and an increase in farmland land uses. The highest changes in edge density in the period 1987 to 2015 are related to rangelands with an increasing trend (11.78 m/ha) and the lowest change in edge density is related to the forest with an increasing trend (0.66 m/ha). Comparison of edge density showed that the expansion of man-made lands and the increase in agricultural land use (dry and irrigated farming) have increased the edge density of rangeland patches and have been fragmented more than other. The increase in the agriculture level due to the joining of the patches to each other has caused the decrease in the number of patches and the increase in the mean patch size due to the reduction of fragmentation. From the increase in the number of patches in the study period (from 20065 to 23802 patches), it can be concluded that due to human intervention and occupation, the tendency of land appearance in Ardabil province is towards fine-grained structure and the number of man-made artificial and semi-natural patches which has reduced forest and rangelands. The results showed that residential and farmlands (dry and irrigated farming) during the study period had a perfectly aligned change trend, while the reverse trend with forest and rangelands, which can be due to the direct effect and intensity of human presence in determining the distribution pattern for all kinds of LULC.

    Conclusion

    Due to the uncontrolled growth of residential and farmlands (dry and irrigated farming) in recent years, to prevent further destruction and also to preserve forests and rangelands, it is recommended to perform land use planning based on structural elements and concepts of landscape. The change in the landscape structure has taken in land use types with different degrees, and quantifying these changes using landscape metrics is one of the issues which can help analyze the pattern of spatial changes.

    Keywords: Object-baed, Number of patches, Edge density, Patch density, Largest patch index, remote sensing
  • Maryam Mirakbari *, Zohre Ebrahimi Khusfi Pages 87-105
    Background and Objective

    The Aerosol Optical Depth index is one of the most commonly used indicators for assessing air pollution in various regions, especially arid and semi-arid areas. The arid and semi-arid regions are the main sources of dust particles. Due to locating in the arid and semi-arid region, Iran faces dust storms several times over the year, which have caused irreparable environmental and socio-economic damages to different parts of the country. The southeastern of Iran is one of these regions that is affected by dust storms in the first half of the year (early spring to late summer) due to 120-day winds, and large amounts of sand and dust particles enter the atmosphere each year. Therefore, it is important to study the temporal and spatial changes of suspended particles in the atmosphere, of which dust is a major part of aerosols in these regions. In fact, knowing the temporal and spatial changes of suspended particles can be helpful in providing appropriate solutions to reduce the damages caused by these particles. In this study, due to lack of ground-based aerosol gauge station, aerosol optical depth feature was considered based on the Aerosol Optical Depth (AOD) product of MODIS sensor to monitor and analyze spatial and temporal changes of aerosol concentrations in Iran during a period of 18 years. Annual, monthly and seasonal temporal changes of AOD were investigated using pre-whitening Mann-Kendall trend test.

    Materials and Methods

    The daily MODIS level-4 AOD data have been used in this study. The AOD data were obtained from the earth explorer website USGS in 6570 frames for 2001- 2018  and these data were extracted in NetCDF format with programming in Matlab software as annual, seasonal and monthly time series for 13 synoptic stations in the study area. PM10 concentration data were used to validate the AOD product of MODIS. In order to investigate the temporal and spatial changes of aerosol concentrations. The AOD zoning maps were prepared using inverse distance weighted (IDW) interpolation method based on the mean values of AOD. Based on the IDW method, each point/ station has a local effect that decreases with increasing distance, places close to the measuring point will have more weight. Finally, the temporal trend changes of AOD data were determined using the Mann- Kendall trend test in the different time scales.

    Results and Discussion

    The results obtained from the validation of AOD data indicated that there was a strong and acceptable relationship between aerosol optical depth and PM10 concentration data at 95% significant level. Therefore, it can be concluded that the AOD data have a good accuracy to investigate and analyze the changes in suspended particles in the atmosphere in the study area. The spatial distribution of AOD in the study area showed that the western and central regions (Kerman, Baft, Sirjan, Rafsanjan) had the lowest concentration of aerosol during the period of 2001- 2018. While, the northeastern, eastern and southern regions (Sistan and Baluchestan province) have been affected by higher concentrations of aerosol. The amounts of AOD have varied from 0.14 to 0.53 in the study period that occurred in the years of 2016 and 2003, respectively. The findings of temporal changes of annual AOD series indicated that the atmosphere suspended particles had the highest amount in the years of 2001, 2003, 2008, 2009 and 2012 at the Zabol, Zahak, Zahedan, Khash and Iranshahr regions, respectively. The seasonal mean AOD had the most concentration in the summer and spring seasons while the autumn and winter had the lowest aerosol concentration. The monthly AOD series showed that the increasing variations of atmosphere suspended particles starts in April and then increases in June and has decreasing changes in July. The results of Mann- Kendall trend test indicated that changes trend of annual aerosol optical depth was decreasing in the most regions except in the Rafsanjan station so that the AOD changes had significant downward trend a 5% level in the Zahedan, Zahak, Zabol, Saravan and Bam stations. The Mann- Kendall statistic of monthly AOD series showed the most frequency of significant trend occurred in May, June, July and October, respectively in the study region. The monthly trend of AOD indicated decreasing changes of aerosol during the study period. As in May, June, July, August, November and February, the concentration of aerosols had a downward trend in the most study stations. The seasonal changes of AOD showed a decreasing trend in aerosols in the summer and spring, while there was an increasing trend in the autumn season.

    Conclusion

    One of the available sources to access the aerosol optical depth data is the MODIS sensor. Based on our findings, there was an acceptable relationship between AOD product of MODIS and PM10 data obtained from ground-based aerosol gauge stations in the study region. The results of this study showed that the annual mean AOD varied from 0.14 to 0.53 which highest and lowest values occurred in the years of 2003 and 2016, respectively. Annual trend of AOD showed the concentration of aerosols was decreasing in most regions. The decreasing trend can be due to the decline of dust events resulted from an increase in vegetation cover in the study area. The monthly and seasonal mean AOD showed the concentration of aerosols had the lowest value during the autumn and winter in November, December, January and February, while in the summer and spring, the aerosols had the highest concentration in May, June and July. However, the temporal changes of monthly and seasonal AOD were decreasing in the most study regions. Generally, our findings showed the western part of the study area, located in Kerman province, had been faced the lower concentration of aerosols than the eastern part, located in Sistan province, during the study period. In general, the declining of aerosol concentrations in some of the study areas could indicate an improvement in air quality in these regions. It seems that the implementation of appropriate executive and management methods in this region, which has been considered by many managers and decision-makers in recent years, have had a significant effect on the reduction of air pollution.

    Keywords: remote sensing, Land degradation, Mann- Kendall test, arid regions, air pollution
  • Reza Zakerinejad * Pages 106-122
    Background and Objective

    Gully erosion is a type of water erosion that occurs in many climate areas, from arid to humid areas. This type of soil loss causes the displacement and destruction of soil surface horizons by the accumulation of runoff. In many parts of Iran, in the north, south and central faced with this type of soil loss.  In fact, gully erosion occurs in this area due to the complex topography, erodible soils, mismanagement of soil and land use/land cover. Therefore, in order to protect the soil in these areas, it is necessary that a susceptible map should be available to the managers and policymakers. Many parameters affect the occurrence of gullu erosion, including soil, geology, tectonics, hydrology, land use, vegetation and topography, that have been mentioned in various studies around the world. The topographic indices are the most important parameters in the event of gully erosion, which operates differently in each region according to the physical characteristics of the areas. This parameter also indirectly affects the other indicators or criteria (for example, its impact on the vegetation, climate and soil of the area). Even there are many researches on the gully erosion, but there are only a few studies on the modelling with applying the stochastic approaches. This study is the first attempt to the modelling of gully erosion in the central of Iran with applying the maximum Entropy model and topographic indices that have been applied with using the free of charge of digital elevation model. This study uses a new approach to preparing the susceptibility map of gully erosion in the Semirom catchment in the South of Isfahan province. This area is affected by different types of water erosion, same as; gully, rill and landslide. Also, the purpose of this research is to compare the accuracy of two digital elevation model, ASTER and SRTM with 30 m resolution, (DEM) from USGS website, for the modelling of gully erosion in the study area. The emphasis of this research was on the topography indices because it has most important on the event of gully erosion.

    Materials and Methods

    In this research for the prediction of the susceptible areas in the result of the main type of gully erosion, the following steps have been applied; In the first step the locations of some sampled gullies, have been digitized randomly with using the Google Earth (GE) images, aerial photos and fieldwork in polygon shapes for each gully. Subsequently, we converted the polygons and into equally spaced points. In the second step, we determine the most important criteria as the environment layers for the modeling. These topography indices including, wetness Index (TWI), curvature, profile curvature, slope, aspect, catchment area, flow length, elevation, slope, LS factor, Stream Power Index (SPI). The topographic indices have been extracted in SAGA GIS from the SRTM DEM with 30m spatial resolution and were then converted to the ASCII format to run in the model.  Before applying the indices, the DEM was preprocessed with low pass filtering to extract artefacts and errors, like local noise and with using ArcGIS. Subsequently, the DEM was hydrologically corrected eliminating sinks using the algorithm proposed by Planchon & Darboux. The Maximum Entropy Model is a general-purpose method for making predictions or inferences from incomplete information. MEM explores applications in diverse areas such as astronomy, portfolio optimization, image reconstruction, statistical physics and signal processing. The idea of Maxent is to estimate a target probability. In fact, this model needs only the gullies feature (present data). The advantages of this model include the following; It requires only presence data together with environmental information for the whole study area. It can utilize both continuous and categorical data and can incorporate interactions between different variables.

    Results and Discussion

    With applying the Maxent model in the Semirom catchment, it was trained using 70% of the mapped points of gully features as the target or dependent variable and 30% of the mapped gully as testing samples. The raster type of environmental layers (topographic indices) as the independent variable. The validity of the model used in this study was assessed using the level below ROC or Area Under Curve (AUC). The ROC curve was automatically generated by running this model for both training and testing data. The AUC for training data for SRTM and ASTER is 0.64 and 0.72 respectively and also for testing is 0.68 and 0.72 respectively. These results indicate that the SRTM elevation model has higher accuracy than the ASTER DEM. One of the reasons for the low accuracy of the ASTER DEM can be due to the impact of vegetation, which has caused terrace-like errors, while in the SRTM DEM, due to the radar nature of the waves, this error is reduced and a more accurate map of this the model has been prepared.  Our results show that SPI index with 40.3% contribution, elevation with 22.7% and convergence with 18% are the most important factors for the zoning of the susceptible areas. Regarding the predicted map of the potential of gully erosion, the area in the central and south of the study area are in the high probability.

    Conclusion

    This study applied the Maxent model to map the susceptibility of gully erosion in the Semirom catchment in the Isfahan Province, using various topographic effective factors and the Maxent model. Stochastic approaches like statistical mechanics provide a powerful tool to study the relations between locations of gully erosion features and corresponding environmental characteristics. The result of this study can be used for land-use planning and management of the areas with gully erosion for sustainable development in the prone areas. Although the results of this study show the prominent role of the topographic indicators for the prediction of the potential gully map, to increase the accuracy of the modeling results, in the furture researches the other criteria such as land use, vegetation and used soil, etc according to the availability of information to can be applied.

    Keywords: Gully Erosion, DEM, Maximum Entropy, Geographic Information System (GIS)