فهرست مطالب
فصلنامه سنجش از دور و GIS ایران
سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 61، بهار 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/03/01
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-14تغییر اقلیم به عنوان یکی از مهم ترین چالش های پیش روی بشر می باشد. این پدیده تاکنون تاثیرات قابل توجهی را بر تولیدات کشاورزی در اکثر نقاط جهان مخصوصا مناطق خشک و نیمه خشک بر جای گذاشته است. همچنین، در اکثر مناطق دنیا طی دهه های اخیر، متوسط درجه حرارت افزایش یافته است. امروزه در تحقیقات مختلف، شاخص های سنجش از دور به عنوان یکی از روش های نوین در شناسایی تغییر اقلیم استفاده می شوند. یکی از شاخص های مهم سنجش از دور، ویژگی های فنولوژی پوشش گیاهی است که در مطالعات اخیر توانایی خوبی در شناسایی و تخمین پوشش گیاهی نشان داده است. در مطالعه حاضر، با استفاده از سری زمانی 5 روزه شاخص نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI) از تصاویر NOAA-AVHRR و پارامترهای فنولوژی گیاه، تغییرات پوشش گیاهی مناطق مراتع و اراضی دیم حوضه دریاچه ارومیه در طول سال های 2013-1984 مورد بررسی قرار گرفت. داده های اقلیمی دما و بارش از ایستگاه های هواشناسی حوضه دریاچه ارومیه اخذ و در مقایسه با نتایج تصاویر ماهواره ای استفاده گردید. نتایج تحلیل سری زمانی در طی سی سال دوره آماری در حوضه دریاچه ارومیه نشان داد، پارامتر شروع فصل رشد در منطقه اشنویه، سقز و سراب در سال 2013 نسبت به سال 1984 زودتر آغاز شده است. اما در منطقه مراغه دیرتر آغاز شده است. پارامتر پایان فصل رشد در اشنویه، سقز و تکاب زودتر به پایان رسیده است. همچنین پارامتر اوج رشد در شهرستان های مذکور پوشش گیاهی زودتر به حداکثر مقدار خود رسیده است. طول فصل رشد در شهرستان های اشنویه، مراغه و سقز به ترتیب کوتاه تر شده است. نتایج تحلیل های آماری بدست آمده از تصاویر ماهواره ای و داده های اقلیمی نشان داد که تغییرات پارامترهای فنولوژی به مکان وابسته می باشد و همچنین شب های سرد و روزهای گرم در ابتدای فصل رشد به ترتیب کاهش و افزایش یافته است. اما در انتهای فصل رشد روزهای گرم افزایش داشته است. این تغییرات باعث افزایش شیب منحنی فنولوژی رشد گیاه در زمان پیری گیاه شده است و در نهایت طول فصل رشد را کاهش داده است.کلیدواژگان: تغییراقلیم، سری زمانی، پارامترهای فنولوژی، شاخص نرمال شده پوشش گیاهی، حوضه دریاچه ارومیه
-
صفحات 15-48سابقه و هدف
سنجش از دور منبع داده ای قدرتمند برای نقشه برداری از مناطق شهری و نظارت بر پویایی شهرنشینی است. از بین داده های سنجش ازدوری، تصاویری که در شب اخذ می شوند راهی موثر برای نظارت بر فعالیت های انسانی، در مقیاس جهانی، فراهم کرده است؛ زیرا این تصاویر با توجه به ویژگی ها و قابلیت هایشان می توانند مناطق شهری و سایر فعالیت های انسانی را که ویژگی اصلی شان استفاده از نور در شب است، با اندازه گیری صحیح مکانی، از پس زمینه بدون نور جدا کنند. این تصاویر با نظارت مستمر و مداوم از منظره شبانه جهانی، منبع و نتایج ارزشمندی از فعالیت های انسانی را، از گذشته تا امروز، فراهم می کند و تجزیه وتحلیل سری زمانی این داده ها برای کشف، تخمین و نظارت بر پویایی اجتماعی و اقتصادی در کشورها، به ویژه مناطق فرعی که آمار رسمی مورد اعتمادی درباره آنها وجود ندارد، بسیار ارزشمند است. با توجه به پیشرفت سنجنده های ماهواره ای نور شب در سال های اخیر و تحقیقات جدید انجام شده درزمینه داده های نور شب، هدف از این تحقیق بررسی پیشرفت های سنجنده شبانه، معرفی انواع داده ها و محصولات دردسترس، بررسی و بیان مزایا و معایب هریک و همچنین مروری بر روش ها و راه حل های مطرح شده در تحقیقات پیشین است تا مشکلات و محدودیت های این تصاویر حل شود.
مواد و روش هاهدف اصلی از این تحقیق معرفی و بررسی کلی داده های نور شب، مزایا و چالش های هریک و روش های بیان شده به منظور تصحیح مشکلات و چالش هاست. مطالعات درزمینه تصاویر نور شب DMSP اغلب بر دو بعد مکانی و زمانی تمرکز دارد. در بعد مکانی، نواقص ذاتی این مجموعه داده، یعنی مقادیر اشباع شده مقادیر رقومی در مناطق مرکزی شهری و تاثیرات شکوفایی در مناطق حومه شهری و روستایی درخور توجه است. در بعد زمانی، به دلیل فقدان کالیبراسیون در پردازنده، به فرایندهای اضافی روی محصولات سالیانه داده های پایدار نور شب DMSP برای بررسی پویایی های شهری نیاز است؛ روش های کنونی تصحیحات مشکلات مکانی در دو دسته طیفی و غیرطیفی قرار می گیرد. روش های مطرح شده برای تصحیح مشکلات زمانی این سنجنده نیز، در دو دسته کالیبراسیون سالیانه داده های نور شب و تنظیم الگوی زمانی، بررسی شده است. تصاویر ماهیانه NPP-VIIRS محصولی است که علاوه بر مقادیر نورهای ثابت، مانند چراغ های شهرها و مسیر های حمل ونقل، مقادیری نویزی مانند شعله های گاز و سوختن زیست توده و نویز پس زمینه را نیز شامل می شود؛ به همین دلیل، پیش از استفاده لازم است پردازش شود. همچنین ازآنجا که دقت موقعیت یابی داده های لوجیا کمتر از وضوح مکانی آن است، جابه جایی تصویر در برخی مکان ها ممکن است به 650 متر برسد؛ ازاین رو تصحیح هندسی در این تصویر انجام می شود. انواع این روش ها در این مقاله بررسی شده است.
بحث و بررسی:
طی مقایسه ای کلی، می توان نتیجه گرفت که در بررسی عملکرد داده های نور شب گوناگون، داده های نور پایدار شبانه DMSP، به رغم مشکلات و محدودیت های موجود، دارای سری زمانی طولانی تری درقیاس با داده های نور شب دیگر است زیرا دوره زمانی 1992 تا 2013 را دربرمی گیرد و همچنان، در بسیاری تحقیقات درزمینه بررسی پویایی شهری و برآورد روند کلی رشد شهر، کاربرد دارد. درمقایسه، NPP-VIIRS از مزایایی برخوردار است و به نور کمتر نیز حساسیت نشان می دهد اما زمان عبور این ماهواره ساعت 1:30 بامداد است؛ در این ساعت شب، بسیاری از چراغ ها خاموش می شوند و به همین علت ممکن است، درمواردی که فقط از داده نور شب برای بررسی مناطق شهری استفاده می شود، مناسب نباشد. همچنین طی بررسی های انجام شده، این تصویر در تحقیقات درزمینه فعالیت های اقتصادی کاربرد بیشتری داشته است و حساسیت نداشتن آن به نور آبی از LED ها در توانایی سنجنده، در تعیین کمیت نورهای مصنوعی ساطع شده از زمین، تاثیر می گذارد.
نتیجه گیریاین بررسی با هدف معرفی انواع داده های نور شب سنجش ازدوری و بررسی آنها انجام شده است و به طور خلاصه می توان گفت، درحال حاضر، تحقیقات درزمینه تصحیح مشکلات مکانی اشباع و شکوفایی به دو دسته طیفی و غیرطیفی تقسیم می شوند. دسته های غیرطیفی اغلب فقط با استفاده از داده نور شب و در برخی موارد، با استفاده از داده های غیرسنجش ازدوری ترکیب می شوند. بررسی روش های طیفی نشان می دهد که اغلب این روش ها از شاخص های طیفی مربوط به پوشش گیاهی و دمای سطح زمین استفاده می کنند. درحال حاضر، تصحیح تصاویر DMSP از بعد زمانی با کالیبراسیون بین داده ها، به طور خاص، با استفاده از روش مناطق مرجع ثابت یا پیکسل های مرجع انجام شدنی است. از معتبرترین روش های مطرح شده در این زمینه، روش منطقه مرجع است. پس از پایان ماموریت سنجنده DMSP-OLS، سنجنده VIIRS معرفی شده است. برخلاف داده سالیانه این ماهواره، داده ماهیانه آن به علت وجود نویزهای پس زمینه، نورهای سرگردان و مواردی ازاین دست، نیاز به تصحیح دارد. طبق بررسی های انجام شده براساس مطالعات موجود در روند تحقیقات، می توان گفت بیشتر مطالعات و روش ها سعی در حذف نویزها با استفاده از چارچوبی مشخص، اما با فرض های متفاوت، دارند. درنهایت، با توجه به چالش ها و محدودیت های فعلی ماهواره های نور شب، چند پیشنهاد اصلی برای پیشرفت و توسعه در این زمینه مطرح می شود؛ ادغام داده های DMSP-OLS با داده های NPP-VIIRS یا با وضوح بالاتر داده های لوجیا می تواند بیشتر مورد مطالعه قرار گیرد تا یک سری زمانی طولانی تر برای تحقیقات آینده، به منظور بررسی پویایی شهری و موارد مشابه، ایجاد شود.
کلیدواژگان: تصاویر ماهواره ای نور شب، مزایا و معایب تصاویر نور شب، روش های تصحیح و پیش پردازش -
صفحات 49-66سابقه و اهداف
کیفیت هوای پاک، به منزله یکی از ضروریترین نیازهای موجودات زنده، براثر فعالیتهای طبیعی و انسانی به مخاطره افتاده است. در سال های اخیر، طوفان های گردوغبار ازلحاظ مکانی و زمانی همواره درحال افزیش بوده و سبب آسیب های بی شمار درحوزه سلامت اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی، برای ساکنان مناطق جنوب و جنوبغرب ایران، شده است. در پژوهش حاضر، به منظور بررسی طوفان های گردوغبار و تشخیص عمق دید افقی، دادههای سنجنده مادیس به کار رفته است.
مواد و روش هااز مزایای دادههای سنجنده مادیس میتوان به توان تفکیک طیفی و زمانی بالا اشاره کرد. همچنین دادههای ایستگاه های هواشناسی با توجه به بازه زمانی مورد مطالعه جمع آوری شده است. پس از پیشپردازش دادهها و آماده سازی مشاهدات میدانی، به منظور استخراج ویژگیهای مورد نیاز برای انجام دادن مدلسازیها، ازطریق روش تفاضلی بین باندهای منتخب هر تصویر داده های سنجنده مادیس، به همراه ویژگی های استخراج شده از سنسورهای ایستگاه های هواشناسی زمینی استفاده شده است. با بررسی های بیشتر و ارزیابی های صورت گرفته و استفاده از دیدگاه های خبرگان هواشناسی، 36 ویژگی تفاضلی از باندهای گوناگون تصاویر مادیس و شش ویژگی از داده های ایستگاه های هواشناسی زمینی، یعنی درمجموع 42 ویژگی، استخراج شده است. در ادامه، ازطریق تکنیک های انتخاب ویژگی، بهترین ویژگی ها شناسایی و با به کارگیری روشی جدید با نام ML-Based GMDH، که حاصل بهبود شبکه عصبی GMDH ازطریق تغییر توابع جزئی با مدل های یادگیری ماشین است، برای تشخیص غلظت گردوغبار و دید افقی استفاده شد. برای دستیابی به دقت مناسب نیز ابرپارامترهای این مدل به صورت ابتکاری، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی TLBO، تنظیم شدند. در ادامه، روش های یادگیری ماشین Basic GMDH SVM، MLP، MLR، RF و مدل گروهی آنها نیز، برای مقایسه با رویکرد اصلی، اجرایی شد؛ طبق نتایج، روش ML-Based GMDH تنظیم شده با TLBOبا ایجاد بهبود درقیاس با روشهای یادگیری ماشین ذکرشده، دقت بهتری را در تشخیص غلظت گردوغبار فراهم کرده است.
نتایج و بحث:
روش SVM-PSO به منزله روش برتر در مرحله انتخاب ویژگی، روش RF به منزله روش برتر در میان روشهای پایه دسته بندی و روشهای Ensemble SVM و Ensemble RF به منزله روشهای برتر در مرحله گروهی و دسته بندی انتخاب شدند. همچنین مشاهده شد، با استفاده از رویکرد گروهی، بهبود مطلوبی در تشخیص دسته دید افقی پدید آمد. در رویکرد دوم، روشی با عنوان ML-Based GMDH که حاصل بهبود شبکه عصبی GMDH ازطریق تغییر توابع جزئی با مدل های یادگیری ماشین است، استفاده شد که کاربرد آن در تقریب غلظت گردوغبار است. همچنین، برای دستیابی به دقت مناسب، ابرپارامترهای این مدل با الگوریتم بهینه سازی TLBO با دقت بسیار بالا تنظیم شدند. نتایج حاصل نشان دادند این روش، با ایجاد بهبود درمقایسه با بهترین روشهای انتخابی از رویکرد اول، دقت مناسبی را در تقریب غلظت گردوغبار و عمق دید افقی فراهم کرده است.
کلیدواژگان: گردوغبار، تشخیص دید افقی، سنجش از دور، یادگیری ماشین، الگوریتم TLBO، شبکه عصبی GMDH -
صفحات 67-80سابقه و هدف
همه گیری کووید 19 به منزله پدیده ای جغرافیایی درنظر گرفته می شود که تجزیه وتحلیل فضایی و تاثیر جغرافیایی آن، در تصمیم گیری و جنبه های زندگی روزمره، بسیار اهمیت می یابد. سامانه اطلاعات جغرافیایی و تکنیک های مکانی می توانند نقش مهمی در تجزیه و تحلیل کلان داده های شیوع این بیماری در سطح جهانی ایفا کنند. مطالعات انجام شده باکمک تکنیک های تحلیل فضایی توانسته اند میزان اهمیت متغیرهای اجتماعی و بهداشتی را در میزان ابتلا و موارد مرگ ومیر ناشی از بیماری کووید 19 نشان دهند؛ هرچند درمورد تاثیر متغیرهای هواشناسی در این زمینه، مطابق با متفاوت بودن نتایج پژوهش های پیشین، همچنان ابهاماتی وجود دارد. با توجه به تنوع اقلیمی ایران، با انجام دادن پژوهش هایی در این زمینه به منظور آشکارسازی عوامل مهم و اثرگذار فضایی، می توان گام های موثری برداشت. بنابراین هدف این مطالعه مدل سازی و تعیین عوامل تاثیرگذار در پراکنش بیماری کووید 19، براساس داده های موجود و دردسترس است.
مواد و روش هادر این مطالعه، با استفاده از روش های رگرسیون فضایی عمومی و محلی، عوامل تاثیرگذار در پراکنش میزان ابتلا به بیماری کووید 19 بررسی شد. برای این منظور، 73 شهرستان که آمار تعداد مبتلایان به بیماری کووید 19 آنها (طی دوره ای کوتاه، از دهم اسفند 98 تا بیستم خرداد 99 به تفکیک شهرستان ها) دردسترس بوده است، انتخاب شدند. عوامل ارتفاع، تراکم جمعیت و میانگین سنی، نسبت جمعیت بالای 55 سال به جمعیت کل و همچنین پارامترهای هواشناسی شامل رطوبت، دما، فشار و سرعت باد انتخاب و رابطه آنها با این بیماری، به کمک روش های آمار فضایی، بررسی شد. براساس روش رگرسیون گام به گام تراکم جمعیت، فشار هوا، میانگین سن و سرعت باد به منزله پیش بینی کننده های معنی دار تعیین شدند و بروز بیماری با استفاده از تکنیک OLS مدل سازی شد. سپس با توجه به ناایستابودن رابطه متغیرهای مستقل با متغیر وابسته، هم در بعد فضایی و هم در بعد داده ها، تکنیک GWR به کار رفت و برای افزایش تغییرپذیری فضایی و برطرف کردن مشکل هم راستایی خطی، از روش تحلیل مولفه های اصلی و نرم افزار SPSS بهره برده شد.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد مدل عمومی ارائه شده به طور کلی به لحاظ آماری معنی دار است و مقادیر واریانس توجیه شده با مدل تصادفی نیست اما رابطه متغیرهای مستقل با متغیر وابسته، هم در بعد فضایی و هم در بعد داده ها، ناایستاست. همچنین مشخص شد توزیع باقی مانده ها تاحدی از توزیع نرمال انحراف نشان می دهد که چه بسا به دلیل وجود ناایستایی در مدل باشد. بنابراین تکنیک رگرسیون وزن دار جغرافیایی برای مدل سازی به کار گرفته شد. به منظور اجرای آن و افزایش تغییرپذیری فضایی برای رفع مشکل هم راستایی خطی (به دلیل وجود الگوی خوشه ای در متغیرهای هواشناسی)، روش تحلیل مولفه های اصلی استفاده شد و عوامل هواشناسی به یک فاکتور کاهش یافت. این عامل نزدیک به 70٪ تغییرات این متغیرها را توجیه می کند. کاهش عوامل متغیرهای میانگین سن و نسبت جمعیت بالای 55 سال نیز به یک عامل باعث بهبود نتایج شد. بنابراین تراکم جمعیت، عامل هواشناسی و عامل سن به منزله متغیرهای پیش بینی کننده در مدل سازی با تکنیک GWR درنظر گرفته شدند. افزایش 10درصدی ضریب تعیین تعدیل شده مدل وزن دار جغرافیایی (63٪) نشان از بهبود نسبی نتایج این مدل درقیاس با مدل عمومی دارد. نتایج آزمون خودهمبستگی فضایی موران نشان داد، با اینکه از شدت الگوی خوشه ای باقی مانده ها در این مدل درمقایسه با مدل OLS کاسته شده است، همچنان در سطح اطمینان 99٪ معنی دار است. تحلیل نقاط داغ در سطح اطمینان 95٪ نشان داد بخش های غربی استان کردستان، بخش های شمالی و غربی استان خوزستان نقاط داغ (الگوی خوشه ای کم برآورد معنی دار) و بخش های شرقی استان همدان و بخش های شمالی استان بوشهر نقاط سرد (الگوی خوشه ای بیش برآورد معنی دار) هستند. بنابراین دست کم یک متغیر تاثیرگذار در بروز این بیماری درنظر گرفته نشده است. با توجه به اینکه متغیرهای احتمالی درنظر گرفته نشده همچون عوامل فرهنگی، بهداشتی و ژنتیکی دردسترس نبوده اند و یا ممکن است اندازه گیری آنها سخت بوده باشد، از بررسی آنها صرف نظر شد.
نتیجه گیرینتایج این مطالعه اهمیت و میزان تاثیر عوامل جمعیت شناختی و محیطی را در میزان ابتلا به بیماری کووید 19 روشن کرده است و می تواند برای ادامه مطالعاتی در این زمینه راه گشا باشد.
کلیدواژگان: مدل وزن دار جغرافیایی، مدل حداقل مربعات معمولی، خودهمبستگی موران، تحلیل نقاط داغ. -
صفحات 81-102مقدمه
شرایط خشکسالی ممکن است، از متوسط تا شدید و با مدت زمان متفاوت، متغیر باشد؛ این تغییرات به نظارت مداوم و عملیاتی نیاز دارد. هرچه خشکسالی بیشتر طول بکشد، در پوشش گیاهی و منابع آبی تاثیر بیشتری می گذارد و خشکسالی تشدید می شود؛ درنتیجه، ممکن است خدمات به انسان ها را محدود کند و سیستم های طبیعی را تغییر دهد. از جمله تاثیرات خشکسالی، تخریب زیستگاه حیات وحش، کاهش کیفیت آب و کاهش دسترسی به منابع آب است. پایش خشکسالی برای محققان، مدیران و تصمیم گیرندگان، به منظور شناسایی مناطق آسیب پذیر، ضروری است و نتایج آن با هدف کاهش پیامدهای خشکسالی به کار می رود.
مواد و روش هادر این مطالعه تلاش شده است، با استفاده از تصاویر مادون قرمز سنجنده Suomi NPP دریافتی از سایتearth data.nasa.gov و بهره گیری از شاخص هایNDVI ، VCI، TCIو VHIوضعیت خشکسالی پوشش گیاهی در ایران بررسی شود. دوره مورد مطالعه 2021-2013، اول آوریل تا انتهای جولای (هفته 13 تا 26 میلادی)، به صورت میانگین هفتگی است. میانگین ماهیانه شاخص استاندارد بارش (SPI) در ایران با استفاده از داده های بارش روزانه 143 ایستگاه سینوپتیک به دست آمد. سپس ضریب همبستگی (SPI) با هریک از شاخص های VHI، TCI، VCI و NDVI محاسبه شد. در تصاویر مادون قرمز، باندهای M دارای قدرت تفکیک 750 و باندهای I برابر با 375 متر است.
نتایج و بحث:
براساس داده های بارش ثبت شده در ایستگاه های هواشناسی سینوپتیک، می توان گفت که عمده بارش در فصل های پاییز، زمستان و بهار رخ داده و سهم تابستان در بارش سالانه اندک می باشد. بنابراین سال آبی، در بیشتر مناطق ایران، به طور تقریبی از دهه سوم سپتامبر شروع و تا دهه دوم و سوم ژوئن هر سال ادامه دارد. در منطقه مورد مطالعه، بهترین پایه زمانی برای پایش و برآورد آن از اول آوریل تا اواخر ژوئن است. در فصل تابستان، ایران یک فصل خشک را می گذراند و ماه اوت خشک ترین ماه سال است. تغییرات زمانی و مکانی خشکسالی هریک از شاخص های پوشش گیاهی با یکدیگر تفاوت زیادی دارد.
نتیجهمیزان هریک از شاخص ها در شرایطی که پوشش گیاهی در وضعیت خشکسالی قرار دارد کاهش یافته و در طبقه خشکسالی خفیف و سپس شدید قرار می گیرد. بدین ترتیب، طی سال هایی که خشکسالی رخ داده است، مقدار شاخص ها از ماه آوریل روند نزولی دارد و در ژوئن و جولای، شاخص ها به سمت خشکسالی شدید میل پیدا می کند. براساس محاسبات، مشخص شد که مقدار شاخص استاندارد بارش در پهنه مورد مطالعه، طی ماه های گرم سال منفی است. این نکته بیانگر پایین بودن میزان بارش دریافتی درقیاس با دیگر ماه های سال است.
کلیدواژگان: شاخص های خشکسالی سنجش از دوری، شاخص استاندارد بارش، ایران -
صفحات 103-112سابقه و هدف
تصمیم گیری و مدیریت موثر درزمینه توسعه پایدار منابع طبیعی نیازمند دسترسی به اطلاعات دقیق و به روز اقلیمی است. این اطلاعات امکان بررسی نقش تغییرات اقلیمی را در موضوعات گوناگون مهیا می کنند و براساس آن، می توان راهکار های مدیریتی موثری را تدوین کرد. در این راستا، پارامتر دما یکی از مهم ترین شاخص های اقلیمی است که نقش محوری را در تحلیل ها و پژوهش های محیطی ایفا می کند. با توجه به نقش اساسی دما در موضوعات گوناگون، دسترسی به داده های دمایی دقیق و جامع اهمیت بسیاری دارد. این داده ها باید به گونه ای باشند که بتوانند تصویری واضح و کامل از الگوهای دمایی، در طول زمان، ارائه دهند. اما متاسفانه، داده های اقلیمی اغلب با مشکلاتی مانند انقطاع آماری و خطاهای اندازه گیری مواجه اند. این مشکلات ممکن است به تصمیم گیری های نادرست و برنامه ریزی های ناکارآمد منجر شوند. در این پژوهش، با استفاده از روش های آماری، سعی شده است داده های دمایی موجود و انقطاع های آماری آنها با استفاده از روش هایی ازجمله مختصات جغرافیایی (گرافیکی)، نسبت نرمال، ضریب همبستگی وزنی و میانگین حسابی که در تکمیل داده های اقلیمی شناخته شده و پرکاربردند، تحلیل و ارزیابی شود. انتخاب روش مناسب از میان این روش ها می تواند دقت تخمین داده های دمایی را افزایش دهد و در تصمیم گیری های مبتنی بر داده های جامع تر و معتبرتر، نقش اساسی داشته باشد. درنهایت، هدف از این پژوهش معرفی بهترین روش برای تخمین اطلاعات و رفع انقطاع آماری است که پژوهشگران، مدیران و سیاست گذاران را درزمینه توسعه پایدار و درک بهتر شرایط اقلیمی و اتخاذ تصمیماتی هوشمندانه تر و موثرتر، یاری خواهد کرد.
مواد و روش هادر این پژوهش، به منظور رفع خلا آماری، روش های شناخته شده و محبوب آمار کلاسیک شامل روش مختصات جغرافیایی، نسبت نرمال، ضریب همبستگی وزنی و میانگین حسابی، در تخمین داده های دمایی کشور ارزیابی شد. به منظور بررسی بهترین روش برای تکمیل اطلاعات مفقودی، از اطلاعات 125 ایستگاه استفاده شد. این ایستگاه ها دارای اطلاعات کامل (بدون هیچ گونه مفقودی)، درطول 21 سال (2020-2000 م.) بودند. ازآنجاکه محاسبات گسترده و زمان بر بودند، با انتخاب 10٪ این ایستگاه ها به صورت تصادفی با پراکندگی مکانی مناسب، عملیات پرکردن اطلاعات روی ایستگاه های منتخب انجام شد. اطلاعات ایستگاه های منتخب، در هر مرحله و به صورت جداگانه، حذف و براساس پنج ایستگاه مجاور خود، بازسازی شدند و به منظور ارزیابی روش های مذکور، از معیار های ارزیابی آماری ضریب تبیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین انحراف مطلق (MAD) استفاده شد.
نتایج و بحث:
با ارزیابی نتایج حاصل از بررسی مقادیر محاسباتی ازطریق روش نسبت نرمال درمقابل مقادیر مشاهداتی، مشخص شد تمامی ایستگاه های مورد بررسی همبستگی بالایی دارند؛ این نکته بیانگر مقبولیت روش نسبت نرمال برای تخمین داده هاست. با توجه به مقادیر متوسط حاصل از ارزیابی نتایج، روش نسبت نرمال، ضریب همبستگی وزنی، مختصات جغرافیایی و میانگین حسابی به ترتیب، با مقدار RMSE معادل 05/3، 28/3، 30/3 و 51/3 درجه سلسیوس، اولویت بندی می شوند. بنابراین روش نسبت نرمال در میان سایر روش های مورد مطالعه از مقبولیت بیشتری برخوردار است و ازاین رو، در رفع مشکلاتی اعم از فقدان اطلاعات، خطای موجود در داده ها و همچنین گسترش دوره زمانی مطالعاتی، می توان از آن بهره برد.
نتیجه گیریدر میان روش های مورد بررسی، روش نسبت نرمال به صورت کلی مقبولیت و کیفیتی بیشتر از دیگر روش ها دارد که توصیه می شود در پژوهش های آتی، در محدوده مطالعاتی مشابه، از این روش استفاده شود. در مراتب بعدی، به ترتیب روش مختصات جغرافیایی، همبستگی وزنی و میانگین حسابی قرار دارند. شایان توجه است، با اینکه سایر روش ها در مراتب اهمیت بعدی واقع شده اند، همچنان در برخی ایستگاه ها کارآیی مناسبی نشان می دهند؛ بنابراین در شرایط متفاوت، روش های متنوعی می تواند نیاز به ترمیم داده ها را رفع کند و با توجه به محدوده مورد مطالعه، باید بهترین روش انتخاب شود و به کار رود.
کلیدواژگان: انقطاع آماری، دمای روزانه، مختصات جغرافیایی، نسبت نرمال -
صفحات 113-128سابقه و هدف
یکی از مهم ترین قدم ها به سمت توسعه پایدار حفاظت از تمامیت اراضی است؛ به طوری که سالیانه بخشی از اراضی، به دلایل متعدد، تغییر کاربری می یابند و خروج این گونه اراضی از مسیر تولید لطمات جبران ناپذیری درپی دارد. ازآنجاکه شدت تغییر کاربری اراضی در استان مازندران، ازجمله جلگه هراز، به منزله یکی از مهم ترین مسائل زیست محیطی، در مقیاس های کلان زمانی و مکانی رخ می دهد، بارزسازی و پایش تغییرات کاربری به منظور شناخت اولیه و ارزیابی روند تغییرات آنها می تواند روشی مفید برای مدیریت و برنامه ریزی به شمار رود. با توجه به اینکه جلگه هراز، در دهه های اخیر، از بحران تغییرات مخرب کاربری اراضی در امان نبوده است، لزوم پایش، بارزسازی و روندیابی این تغییرات یکی از مهم ترین فاکتورهای مدیریتی در این منطقه محسوب می شود.
مواد و روش هابررسی تغییرات کاربری اراضی نیازمند تلفیق لایه ها در بازه زمانی معین است. هدف این پژوهش بررسی تغییر کاربری های اراضی جلگه هراز از 1980 تا 2021 است. بر این اساس، برای سنجش تغییرات، از داده های لندست استفاده شد. با اعمال تصحیحات اتمسفری، هندسی و رادیومتری، عملیات بارزسازی تصاویر اجرا و با بهره گیری از روش طبقه بندی نظارت شده، الگوریتم حداکثر احتمال و اعمال توابع تحلیل مولفه مبنا، نقشه ها تولید شدند. نوع تغییرات کاربری از تابع تفاضل تصاویر شناسایی و صحت نقشه ها، با استفاده از آزمون صحت کلی و آماره کاپا، تعیین شد.
نتایج و بحث:
نتایج نشان داد، از 1980 تا 1990، چهار کیلومترمربع از مساحت اراضی جنگلی کاسته شد و مساحت مراتع نیز از 450 به 436 کیلومترمربع کاهش یافت. از سال 2000 تا 2010، مساحت اراضی جنگلی از 272 به 270 کیلومترمربع و مراتع نیز از 432 به 420 کیلومترمربع رسیده است. درنهایت، طی سال های 2011 تا 2021، از مساحت اراضی جنگلی نه کیلومترمربع و مرتع نیز پنج کیلومترمربع کاسته شده است. نتایج بررسی روند تغییرات کاربری های اراضی منطقه حاکی از آن است که مساحت اراضی جنگلی و مرتعی کاهش یافته و به مساحت اراضی کشاورزی و مناطق مسکونی افزوده شده است.
نتیجه گیریبا توجه به نتایج به دست آمده و اهداف تعریف شده، می توان اذعان کرد کاربری های منطقه، طی دوره آماری درنظر گرفته شده (2021-1980)، با تغییرات مساحت روبه رو بودند و تغییر محسوسی را نیز نشان دادند. بنابراین دخالت های عوامل انسانی نقش اصلی را در تغییرات کاربری اراضی دارد. این نتایج می تواند به برنامه ریزان، در شناخت عوامل موثر در تغییر کاربری و اتخاذ تصمیمات صحیح مدیریتی در سطوح گوناگون، کمک کند.
کلیدواژگان: سنجش از دور، صحتسنجی، ضریب کاپا، استان مازندران -
صفحات 129-154سابقه و هدف
نقشه پوشش زمین یکی از پارامترهای اساسی در تحلیل های جغرافیایی و برنامه ریزی های مکانی محسوب می شود. به طور کلی، تصویر ماهواره ای، الگوریتم طبقه بندی و نمونه آموزشی سه پارامتر اصلی در تهیه نقشه های پوشش زمین به شمار می روند و مهم ترین نقش را درزمینه صحت، هزینه و منابع محاسباتی مورد نیاز برای تهیه این نقشه ها ایفا می کنند. کیفیت نمونه آموزشی تاثیر شایان توجهی در صحت نتایج طبقه بندی دارد. بر این اساس، هدف اصلی این پژوهش تهیه نمونه های آموزشی معتبر، با استفاده از روش انتقال نمونه های آموزشی برای پایش تغییرات پوشش زمین در شمال غرب ایران، بین سال های 2002 تا 2022 است.
مواد و روش هامنطقه مورد مطالعه، با مساحتی بالغ بر 7653 کیلومترمربع، در شمال غرب ایران واقع شده است. ازلحاظ جغرافیایی، این محدوده در مختصات 35 59 °44 تا 25 01 °46 طول شرقی و 46 02 °38 تا 47 48 °38 عرض شمالی قرار دارد. داده های مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره ای و داده های مرجع زمینی است و تصاویر به کاررفته در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره ای سری لندست می شود. روش پژوهش پنج مرحله کلی را دربرمی گیرد. در مرحله اول، تصاویر ماهواره ای لندست از سایت سازمان زمین شناسی امریکا دریافت و مراحل پیش پردازش تصاویر (تصحیح رادیومتریک و هندسی) روی آنها انجام شد. در مرحله دوم، با استفاده از تصاویر دارای قدرت تفکیک مکانی بالا (تصاویر سامانه Google Earth) و برداشت زمینی، نمونه های آموزشی مورد نظر تهیه شدند. مرحله سوم شامل انتقال نمونه های آموزشی است. برای این کار، در ابتدا، با استفاده از دو پارامتر فاصله اقلیدسی (ED) و فاصله زاویه طیفی (SAD)، شباهت طیفی نمونه های آموزشی در سال های مرجع و هدف بررسی شد. در ادامه، با تعیین آستانه مورد نظر، نمونه های آموزشی انتقال یافته از نمونه های انتقال نیافته تفکیک شدند. در انتهای مرحله سوم، صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته ارزیابی شد؛ بدین منظور داده های مرجع تهیه شده از سامانه Google Earth به کار رفت. در مرحله چهارم، با استفاده از نمونه های آموزشی انتقال یافته، تصاویر ماهواره ای در سال های گوناگون طبقه بندی شد و درنهایت در مرحله پنجم، با به کارگیری شاخص های حاصل از ماتریس خطا، صحت تصاویر طبقه بندی شده ارزیابی شد.
نتایج و بحث:
نتایج به دست آمده نشان داد آستانه 9/0 تا 1/1 مناسب ترین آستانه برای تفکیک نمونه های آموزشی انتقال یافته از نمونه های آموزشی انتقال نیافته در سال های گوناگون است. بر این اساس، می توان گفت بین صحت و درصد نمونه های آموزشی انتقال یافته رابطه ای معکوس وجود دارد و با افزایش درصد نمونه های آموزشی انتقال یافته، از صحت آنها کاسته می شود. بررسی صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته، براساس هریک از پارامترها (فاصله زاویه طیفی و فاصله اقلیدسی)، نشان داد صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته براساس پارامتر فاصله زاویه طیفی بیشتر از نمونه های آموزشی انتقال یافته براساس پارامتر فاصله اقلیدسی است. همچنین استفاده از نمونه های انتقال یافته، براساس هر دو پارامتر، باعث افزایش 45/10درصدی صحت درمقایسه با حالتی شده است که از پارامتر فاصله اقلیدسی برای انتقال نمونه های آموزشی استفاده شده و نیز افزایش 5درصدی صحت را درقیاس با وضعیتی دربرداشته که از پارامتر فاصله زاویه طیفی برای انتقال نمونه های آموزشی استفاده شده است. بررسی درصد انتقال نمونه های آموزشی در کلاس های کاربری گوناگون نشان داد، به طور میانگین، 6/80٪ از نمونه های آموزشی کلاس آب، 4/75٪ از نمونه های آموزشی کلاس اراضی بایر، 2/71٪ نمونه های آموزشی کلاس اراضی انسان ساخت، 6/64٪ نمونه های آموزشی کلاس مرتع، 2/60٪ از نمونه های آموزشی کلاس اراضی زراعی و 4/54٪ نمونه های آموزشی کلاس تالاب از سال مرجع (1401) به هریک از سال های هدف (1381، 1387، 1392 و 1396) انتقال پیدا کرده اند. همچنین ارزیابی صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته در کلاس های کاربری گوناگون نشان داد کلاس های آب، اراضی انسان ساخت، اراضی بایر، مرتع، اراضی زراعی و تالاب، به ترتیب، بیشترین صحت را در نمونه های آموزشی انتقال یافته دارا بودند. بررسی تغییرات پوشش زمین بین سال های 1381 تا 1401 نشان داد روند تغییرات مساحت کلاس های اراضی بایر، آب و تالاب از سال 1381 تا 1401 کاهشی و روند تغییرات مساحت اراضی انسان ساخت، در این بازه زمانی، افزایشی بوده است؛ همچنین کلاس های مرتع و اراضی زراعی، در این بازه زمانی، دارای روند تغییرات ثابت نبوده و روند تغییرات آنها در سال های گوناگون، متفاوت بوده است. اما درحالت کلی، مساحت این دو کلاس طی سال 1401، درقیاس با سال 1381 افزایش یافته است.
نتیجه گیریپیشنهاد می شود در مطالعات آتی، از سایر تصاویر ماهواره ای (ازجمله تصاویر ماهواره ای سنتینل 2) نیز به منظور انتقال نمونه های آموزشی استفاده شود تا تاثیر باندهای طیفی و تصاویر ماهواره ای گوناگون، در انتقال نمونه های آموزشی، ارزیابی شود. همچنین بررسی اثربخشی روش انتقال نمونه های آموزشی در انتقال نمونه های آموزشی سایر پوشش های زمینی می تواند درزمره موضوعات پژوهشی در مطالعات بعدی قرار گیرد.منطقه مورد مطالعه با مساحتی بالغ بر 7653 کیلومترمربع در شمال غرب ایران واقع شده است. از لحاظ جغرافیایی محدوده مورد نظر در مختصات ´´35 ´59 °44 تا ´´25 ´01 °46 طول شرقی و ´´46 ´02 °38 تا ´´47 ´48 °38 عرض شمالی واقع شده است. داده های مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره ای و داده های مرجع زمینی می باشد. تصاویر مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر ماهواره ای سری لندست می باشد.روش انجام پژوهش شامل پنج مرحله کلی می باشد. در مرحله اول تصاویر ماهواره ای لندست 5 و 8 از سایت سازمان زمین شاسی آمریکا اخذ شده و مراحل پیش پردازش تصاویر (تصحیح رادیومتریک و هندسی) بر روی آن ها انجام شد. در مرحله دوم با استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا (تصاویر سامانه Google Earth) و برداشت زمینی، نمونه های آموزشی مورد نظر تهیه شدند. مرحله سوم شامل انتقال نمونه های آموزشی می باشد. برای این کار در ابتدا بررسی شباهت طیفی نمونه های آموزشی در سال های مرجع و هدف با استفاده از دو پارامتر فاصله اقلیدسی و فاصله زاویه طیفی انجام شد. در ادامه با تعیین آستانه مورد نظر، نمونه های آموزشی انتقال یافته از نمونه های انتقال نیافته تفکیک شدند. در انتهای مرحله سوم، ارزیابی صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته انجام شد، برای این کار از داده های مرجع تهیه شده از سامانه Google Earth استفاده شد. در مرحله چهارم با استفاده از نمونه های آموزشی انتقال یافته، طبقه بندی تصاویر ماهواره ای در سال های مختلف انجام شد و در نهایت در مرحله پنجم با استفاده از شاخص های حاصل از ماتریس خطا، ارزیابی صحت تصاویر طبقه بندی شده انجام شد.نتایج به دست آمده نشان داد، آستانه 0/9 تا 1/1 (اختلاف انحراف معیار از میانگین) مناسب ترین آستانه برای تفکیک نمونه های آموزشی انتقال یافته از نمونه های آموزشی انتقال نیافته در سال های مختلف می باشد. بر این اساس می توان گفت یک رابطه معکوس بین صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته و درصد نمونه های آموزشی انتقال یافته وجود دارد و با افزایش درصد نمونه های آموزشی انتقال یافته از صحت آن ها کاسته می شود.بررسی صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته بر اساس هر یک از پارامترها (فاصله زاویه طیفی و فاصله اقلیدسی) نشان داد نمونه های آموزشی انتقال یافته بر اساس پارامتر فاصله زاویه طیفی از صحت بیشتری نسبت به نمونه های آموزشی انتقال یافته بر اساس پارامتر فاصله اقلیدسی برخوردار می باشند. همچنین استفاده از نمونه های انتقال یافته بر اساس هر دو پارامتر باعث افزایش 10/45 درصدی صحت نسبت به حالتی شده است که از پارامتر فاصله اقلیدسی برای انتقال نمونه های آموزشی استفاده شده است و افزایش 5 درصدی صحت نسبت به حالتی شده است که از پارامتر فاصله زاویه طیفی برای انتقال نمونه های آموزشی استفاده شده است.بررسی درصد انتقال نمونه های آموزشی در کلاس های کاربری مختلف نشان داد به طور میانگین 80/6 درصد از نمونه های آموزشی کلاس آب، 75/4 درصد از نمونه های آموزشی کلاس اراضی بایر، 71/2 درصد از نمونه های آموزشی کلاس اراضی انسان ساخت، 64/6 درصد از نمونه های آموزشی کلاس مرتع، 60/2 درصد از نمونه های آموزشی کلاس اراضی زراعی و 54/4 درصد از نمونه های آموزشی کلاس تالاب از سال مرجع (1401) به هر یک از سال های هدف (1381، 1387، 1392 و 1396) انتقال پیدا کرده اند. همچنین ارزیابی صحت نمونه های آموزشی انتقال یافته در کلاس های کاربری مختلف نشان داد کلاس های آب، اراضی انسان ساخت، اراضی بایر، مرتع، اراضی زراعی و تالاب، به ترتیب از بیشترین صحت در نمونه های آموزشی انتقال یافته برخوردار بودند.طبقه بندی تصاویر ماهواره ای با استفاده از تصاویر لندست بین سال های 1381 تا 1401 انجام شد. بر این اساس، پوشش های سطحی زمین در شش کلاس کاربری مختلف طبقه بندی شد. نتایج ارزیابی صحت طبقه بندی نشان داد صحت کلی تصاویر طبقه بندی شده در سال های 1401، 1396، 1392، 1387 و 1381 به ترتیب 94/95، 91/93، 90/74، 89/45 و 88/94 درصد است. بررسی صحت طبقه بندی کلاس های کاربری مختلف بر اساس دو پارامتر صحت تولیدکننده و صحت کاربر نشان داد، کلاس آب از بیشترین صحت تولید کننده و کاربر در میان کلاس های مختلف برخوردار است، به طوری که صحت تولیدکننده و کاربر آن در تصویر طبقه بندی شده سال 1401 به ترتیب 98/2 و 99/34 درصد می باشد. از طرفی کمترین صحت تولیدکننده و کاربر در کلاس تالاب به دست آمد؛ به طوری که، صحت تولیدکننده و کاربر آن در تصویر طبقه بندی شده سال 1401 به ترتیب 90/1 و 91/25 درصد است.بررسی تغییرات پوشش زمین بین سال های 1381 تا 1401 نشان داد، روند تغییرات مساحت کلاس های اراضی بایر، آب و تالاب از سال 1381 تا 1401 کاهشی و روند تغییرات مساحت اراضی انسان ساخت در این بازه زمانی افزایشی بوده است، همچنین کلاس های مرتع و اراضی زراعی دارای روند تغییرات ثابت در این بازه زمانی نبوده و روند تغییرات آن ها در سال های مختلف متفاوت بوده است. اما در حالت کلی مساحت این دو کلاس در سال 1401 نسبت به سال 1381 افزایش یافته است. بررسی تغییرات مساحت اراضی انسان ساخت در این بازه زمانی نشان دهنده افزایش محسوس مساحت این کلاس کاربری می باشد؛ به طوری که مساحت آن از 20/38 کیلومتر مربع در سال 1381 به 123/98 کیلومتر مربع در سال 1401 افزایش یافته است.پیشنهاد می شود در مطالعات آتی از سایر تصاویر ماهواره ای (از جمله تصاویر ماهواره ای سنتینل-2) نیز به منظور انتقال نمونه های آموزشی استفاده شود تا تاثیر باندهای طیفی و تصاویر ماهواره ای مختلف در انتقال نمونه های آموزشی مورد ارزیابی قرار گیرد. همچنین بررسی اثربخشی روش انتقال نمونه های آموزشی در انتقال نمونه های آموزشی سایر پوشش های زمینی می تواند از جمله موضوعات پژوهشی در مطالعات بعدی محسوب شود.
کلیدواژگان: انتقال نمونه آموزشی، پوشش زمین، شباهت طیفی، طبقه بندی، لندست
-
Pages 1-14IntroductionClimate change is considered one of the most significant challenges facing humanity. This phenomenon has had notable impacts on agricultural production in most parts of the world, especially in arid and semi-arid regions. The average temperature has also increased in many areas over the past few decades. Today, various studies utilize remote sensing indices as one of the modern methods for identifying climate change. One of the important remote sensing indices is the phenology characteristics of vegetation cover, which has demonstrated a promising ability in identifying and estimating vegetation cover in recent studies.Materials and MethodsThe five-day time series of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) from NOAA-AVHRR images and plant phenology parameters were utilized to examine changes in vegetation cover in rangeland and rainfed agricultural lands of the Urmia Lake basin over the years 1984-2013. Temperature and precipitation data were obtained from meteorological stations in the Urmia Lake basin and were used in comparison with satellite image results.Results and DiscussionThe results of the time series analysis over the thirty year period in the Urmia Lake basin revealed that the start of the growing season in Oshnavieh, Saqqez, and Sarab areas in 2013 commenced earlier than in 1984, while in the Maragheh area, it started later. The end of the growing season in Oshnavieh, Saqqez, and Takab ended earlier, and based on the peak growth parameter, vegetation in these counties reached its maximum value earlier. The results also showed the length of the growing season in Oshnavieh, Maragheh, and Saqqez counties has shortened, respectively.ConclusionThe results obtained from satellite images and climate data indicated that the observed changes in phenology parameters are location-dependent. Cold nights and warm days at the start of the growing season decreasing and increasing, respectively. However, warm days increased at the end of the growing season. These changes have increased the slope of the plant growth phenology curve during the senescence period, ultimately reducing the length of the growing season.Keywords: Phenology Parameters, NDVI, Climate Change, Time Series, Urmia Lake Basin
-
Pages 15-48Introduction
Remote sensing provides a powerful data source for the mapping of urban areas and the monitoring of urban dynamics on a range of scales. Among the variues types of remote sensing data, images captured at night offer an effective means ofmonitoring human activities on a global scale. The distinctive features and capabilities of these images permit the separation of urban areas and other human activities, the main feature of which is the use of light at night by accurately measuring the location, from the background without light. Via providing uninterrupted and continuous monitoring from the night world perspective, these images provide a valuable source of information about human activities over time from the past to the present. The time series analysis of this data is highly valuable for discovering, estimating and monitoring social and economic dynamics in countries, especially sub-regions where there are no official statistics. With recent developments in night-time data satellite sensors and new research conducted in this field, this study aims to review the advances in night-time sensors, introduce the existing data and products, review and express the advantages and disadvantages of each one, and review the methods and solutions presented in previous research for solving the existing problems and limitations in order to improve these images.
Materials and methodsThe main objective of this research is to introduce and review the general charactristics of night-time light data, discussing their advantages, challenges, and methods for addressing these challenges. The majority of studies on DMSP night light images focus on two spatial and temporal dimensions. In the spatial dimension, inherent deficiencies of this dataset are observed, such as saturated numerical values in central urban areas and flourishing effects in suburban and rural areas. In the temporal dimension, the lack of calibration in the processor, necessitates the implementation of additional processes on annual products of stable DMSP night light data in order to examine urban dynamics. The existing methods for correcting spatial problems are divided into tow categories: spectral and non-spectral. Similarly, methods for addressing temporal issues are divided into two categories: annual calibration of night light data and adjustment of temporal patterns. NPP-VIIRS monthly images encompass various features including fixed light values such as city lights and transportation routes, as well as noise values such as gas flames, biomass burning, and background noise. Therefore, preprocessing is necessary before utilizing this data. Furthermore, the positioning accuracy of Loujia_01 data is lower than its spatial resolution, resulting in image displacement of up to 650 meters in some areas. Geometric correction is applied to rectify this issue, and various correction methods have been investigated.
DiscussionA general comparison of the data sets reveals that, despite the existing problems and limitations, the DMSP stable night light data outperforms other night light datasets due to its longer time series, which spans from 1992 to 2013. This extended temporal coverage makes it a valuable resource for research on urban dynamics and estimating the overall growth trend of cities. On the other hand, NPP-VIIRS offers advantages and is sensitive to faint light sources. However, its passage time at 1:30 in the morning, when many lights are turned off, limits its utility for urban studies. Consequently, it may not be the optimal choice for exclusively investigating urban areas exclusively. Nevertheless, the NPP-VIIRS data is more useful in research related to economic activities. Furthermore, the sensor's lack of sensitivity to blue light emitted by LEDs impacts its ability to accurately quantify artificial light emissions from the ground.
ConclusionThe objective of this study was to introduce types of remote sensing night light data and their analysis. In short, current research in the field of correcting spatial saturation and blooming problems is divided into two categories: spectral and non-spectral. Non-spectral methods typically rely solely on night light data, although they may also incorporate non-remote sensing data. Spectral methods often employ spectral indices that are related to vegetation and ground surface temperature. Currently, correcting DMSP images from the temporal dimension can be achieved through inter-data calibration, specifically via the fixed reference regions or reference pixels method. One of the most reliable methods in this field is the reference area method. Following the conclusion of the DMSP-OLS mission, the VIIRS was introduced. In contrast to the annual data of this satellite, the monthly data requires correction due to the presence of background noise, and stray lights. A reviews of existing studies indicates that the majority of methods aim to remove noise using specific frameworks although with differing assumptions. Finally, considering the current challenges and limitations of night light satellites, several recommendations for future progress and development in this field are put forth. Further investigation could be conducted into the integration of DMSP-OLS data with NPP-VIIRS data or higher resolution Loujia-01 data, with the objective of developing a longer time series for future research on urban dynamics.
Keywords: Night Light Satellite Images, Advantages, Disadvantages Of Night Light Images, Correction, Pre-Processing Methods -
Pages 49-66Introduction
As one of the most essential needs of living beings, clean air quality has been threatened by natural and human activities. In recent years, dust storms have been increasing spatially and temporally, causing numerous damages to social, economic, and environmental health for the residents of the southern and southwestern regions of Iran. In the present study, MODIS sensor data were used to investigate dust storms and detect horizontal optical depth.
Materials and MethodsThe advantages of MODIS sensor data include high spectral and temporal resolution. Additionally, meteorological station data were collected based on the study period. After preprocessing the data and preparing field observations, the necessary features for modeling were extracted using the differential method between selected bands of each MODIS sensor image, along with features extracted from ground-based meteorological station sensors. After further investigations and evaluations and using the viewpoints of meteorological experts, 36 differential features from various MODIS image bands and six features from ground-based meteorological station data, totaling 42 features, were extracted. Subsequently, using feature selection techniques, the best features were identified. A novel method named ML-Based GMDH, which improves the GMDH neural network by altering partial functions with machine learning models, was employed to detect dust concentration and horizontal optical depth. To achieve optimal accuracy, the hyper-parameters of this model were heuristically tuned using the TLBO optimization algorithm. Additionally, machine learning methods such as Basic GMDH, SVM, MLP, MLR, RF, and their ensemble models were implemented to compare with the main approach. According to the results, the TLBO-tuned ML-Based GMDH method provided superior accuracy in detecting dust concentration compared to the aforementioned machine-learning methods.
Results and DiscussionThe SVM-PSO method was selected as the best method in the feature selection phase, the RF method was chosen as the best method among basic classification methods, and the Ensemble SVM and Ensemble RF methods were selected as the best methods in the ensemble and classification phase. It was also observed that using the ensemble approach led to a desirable improvement in horizontal optical depth classification. In the second approach, a method titled ML-Based GMDH, which improves the GMDH neural network by altering partial functions with machine learning algorithms, was used for estimating dust concentration. Additionally, to achieve suitable accuracy, the hyper-parameters of this model were finely tuned using the TLBO optimization algorithm. The results showed that this method provided appropriate accuracy in estimating dust concentration and horizontal optical depth, out performing the best-selected methods from the first approach
Keywords: Dust, Horizontal Optical Detection, Remote Sensing, Feature Selection, Machine Learning, MODIS, TLBO Algorithm, GMDH Neural Network -
Pages 67-80Introduction
The COVID-19 epidemic is considered a geographical phenomenon, and its impact on decision-making and daily life is significant. Geographic information systems (GIS) and spatial techniques play crucial roles in analyzing the spread of COVID-19 globally. Studies using spatial analysis have highlighted the importance of social and health variables in infection and mortality rates, despite existing uncertainties about the effects of meteorological variables. Given Iran's climatic diversity, it is valuable to identify the key spatial factors influencing COVID-19. Therefore, this study aims to model and determine the factors affecting the COVID-19 epidemic based on available data.
Materials and MethodsThis study investigated the factors influencing the distribution of COVID-19 infection rates using global and local spatial regression methods. Seventy-three cities were selected, with data on COVID-19 infections available from March 10 to June 20, 2019. The factors considered were altitude, population density, average age, the ratio of the population over 55 years to the total population, and meteorological parameters, including humidity, temperature, pressure, and wind speed. Their relationships with the disease were analyzed using spatial statistics methods. Stepwise regression identified population density, air pressure, average age, and wind speed as significant predictors, and the occurrence of the disease was modeled using the Ordinary Least Squares (OLS) technique. Due to the unstable relationship between the independent and dependent variables, the Geographically Weighted Regression (GWR) technique was used. Principal Component Analysis (PCA) and SPSS software were employed to address spatial variability and multicollinearity.
Results and DiscussionThe results showed that the OLS model was statistically significant, with variance values explained by the model being non-random. However, the explanatory variables had an inconsistent relationship with the dependent variable in both geographic and data spaces. The residual distribution deviated somewhat from normal, indicating model instability. Thus, the GWR technique was applied for modeling. PCA addressed multicollinearity (due to a cluster pattern in meteorological variables), reducing meteorological factors to one component, explaining nearly 70% of the variance. The model improved by consolidating the average age and the ratio of the population over 55 into one factor. Subsequently, population density, meteorological factors, and age demographics were utilized as predictive variables in the GWR model. A 10% increase in the adjusted R-squared of the GWR model (63%) demonstrated its relative improvement over the OLS model. Moran's spatial autocorrelation test indicated that, while the cluster pattern of residuals was less pronounced in the GWR model than in the OLS model, it remained significant at the 99% confidence level. Hot spot analysis at the 95% confidence level identified the western parts of Kurdistan province and the northern and western parts of Khuzestan province as hot spots (areas of significant underestimation), and the eastern parts of Hamadan province and the northern parts of Bushehr province as cold spots (areas of significant overestimation). Thus, at least one variable affecting disease occurrence was not considered. Other potential factors, such as cultural, health, and genetic variables, were not included due to unavailability or measurement difficulties.
ConclusionThis study highlights the importance of demographic and environmental factors in COVID-19 infection rates and provides a foundation for further research in the study area.
Keywords: Geographically Weighted Regression, Ordinary Least Squares, Moran’S I Test, Hot Spot Analysis -
Pages 81-102Introduction
Drought conditions can vary from moderate to severe and have different durations, necessitating continuous and operational monitoring. The longer the drought persists, the more pronounced its impact on vegetation and water resources becomes, and the more severe the drought, the greater the limitation of services for humans and the alteration of natural systems. Habitat destruction for wildlife, reduced water quality, and reduced access to water resources could be consider as most effects of drought. Drought monitoring is essential for researchers, managers, and decision-makers to identify vulnerable areas, which can be used to reduce the consequences of drought.
Material and MethodsIn this study, an attempt has been made to investigate the vegetation drought situation in Iran by using Suomi NPP infrared sensor images obtained from the Earth Data website (earthdata.nasa.gov) and using (NDVI), (VCI), (TCI), and (VHI) indices. The study period, spanning from April 1st to July (the 13th to 26th week), was selected as it encompasses the typical drought duration in Iran. The Standard Precipitation Index (SPI) was calculated for Iran using daily precipitation data from 143 synoptic stations. Subsequently, the correlation coefficient was calculated between SPI and each of the indices (NDVI), (VCI), (TCI), and (VHI). In infrared images, M bands have a resolution of 750 meters, while I bands have a resolution of 375 meters.
Results and DiscussionBased on the rainfall data recorded in synoptic meteorological stations, there is minimal rainfall during the summer months (July, August, and September). Conversely, the majority of rainfall occurs during the autumn, winter, and spring seasons. Consequently, the water year in most regions of Iran commences approximately in the third decade of September and continues until the second and third decade of June annually. In this study area, the optimal temporal base for monitoring and estimating drought on the vegetation is from April 1st to June 30th. In this article, the effect of precipitation on vegetation conditions was investigated using the standardized precipitation index (SPI), derived from monthly precipitation data from synoptic meteorological stations. Iran experiences a dry season in summer, with August being the driest month of the year. The temporal and spatial changes in drought for each vegetation indicator are markedly different.
ConclusionBased on the majority of years experiencing drought, the vegetation cover is expected to face mild or severe drought. This is demonstrated by a decrease in the values of each indicator. In years that the vegetation was affected by drought, the values of the indices show a decrease in April, followed by an increase in June and July. This suggests the beginning of a severe drought. Based on the calculated SPI, it was determined that the area experiences low precipitation during the hot months, indicating a lower rate compared to other months.
Keywords: Remote Sensing Drought Indices, Standard Index Of Precipitation, Iran -
Pages 103-112Introduction
Effective decision-making and management in the field of sustainable development of natural resources require access to accurate and up-to-date climatic information. This information enables the examination of the role of climate change in various issues and the formulation of effective management strategies accordingly. In this context, temperature as one of the most important climatic indicators plays a key role in environmental analyses and research. Given the fundamental role of temperature in various situations, access to precise and comprehensive temperature data is of high importance. Such data should be sufficiently detailed to provide a clear and complete picture of temperature patterns over time. Unfortunately, climatic data often faces problems such as statistical discontinuities and measurement errors, which can lead to incorrect decisions and inefficient planning. In this research, statistical methods have been employed to analyze existing temperature data and their statistical discontinuities. These methods include geographical coordinates (graphical), normal ratio, weighted correlation coefficient, and arithmetic mean, which are well-established and widely used in completing climatic data. Selecting the most appropriate method from among these can enhance the accuracy of temperature data estimation and play a pivotal role in decisions based on more comprehensive and reliable data. The objective of this research is to identify the optimal methodology for estimating data and addressing statistical discontinuities. This will assist researchers, managers, and policymakers in the field of sustainable development and in better understanding climatic conditions, enabling them to make more informed and effective decisions.
Material and MethodsIn order to address the statistical gap, a number of well-known and popular classical statistical methods were evaluated for estimating Iran temperature data. These included geographical coordinates, normal ratio, weighted correlation coefficient, and arithmetic mean. In order to determine the best method for completing missing information, data from 125 stations with complete information (without any missing data) over 21 years (2000 to 2020) were used. Given the extensive and time-consuming nature of the calculations, a random selection of 10% of the stations with an appropriate spatial distribution was employed to carry out the data filling operations. The information of the selected stations was removed at each stage separately and reconstructed based on their five nearest stations. To evaluate the aforementioned methods, statistical evaluation criteria such as R-squared (R2), root mean square error (RMSE), and mean absolute deviation (MAD) were used.
Results and discussionThe results of the analysis of computational values through the normal ratio method were evaluated against observational values. It was found that all the stations under study exhibited a high correlation, indicating the acceptability of the normal ratio method to data estimation. The average values obtained from the evaluation of results indicate that the methods of normal ratio, weighted correlation coefficient, geographical coordinates, and arithmetic mean are prioritized in order, with RMSE values of 3.05, 3.28, 3.30, and 3.51 degrees Celsius, respectively. Consequently, the normal ratio method is the most suitable among the other studied methods and can be employed to address issues such as a lack of information, existing data errors, and also the expansion of the study period.
ConclusionAmong the methods reviewed, the normal ratio method is generally more acceptable and of higher quality than the other methods and is recommended for use in future research within similar study ranges. In subsequent ranks, the methods of geographical coordinates, weighted correlation, and arithmetic mean are placed, respectively. It is notable that, although the other methods are considered of secondary importance, they nevertheless demonstrate satisfactory efficacy in certain locations. Consequently, under varying circumstances, a range of methods may be employed to address data deficiencies, and the optimal approach should be selected and utilized in accordance with the specific study area.
Keywords: Daily Temperature, Geographic Coordinates, Normal Ratio, Statistical Discontinuity -
Pages 113-128Introduction
One of the most important steps towards sustainable development is the protection of land integrity, so that a part of the land is changed annually for several reasons, and the withdrawal of such lands from the production path creates irreparable damages. Given the high intensity of land use change in Mazandaran province, including the Haraz plain, which represents a significant environmental issues at both macro and spatial scales, the monitoring and analysis of theese changes can be considered a valuable tool for for the management and planning of land use. Considering that Haraz plain has not been spared from the crisis of destructive land use changes in recent decades, the need to monitor, highlight and process these changes as one of the most important management factors in this region is confirmed.
Material and methodsIn order to investigate land use changes, it is necessary to integrate a number of layers over a specific period of time. This research aims to investigate land use changes in Haraz Plain from 1980 to 2021. Therefore, Landsat data was employed to quantify the changes. By applying atmospheric, geometric, and radiometric corrections, image enhancement operations were performed and land use change maps were produced based on the supervised classification method, maximum likelihood algorithm and basis component analysis functions. The type of land use changes was determined from the difference function of the identification images and the accuracy of the maps using the overall accuracy test and the Kappa statistic.
Results and discussionThe results showed that from 1980 to 1990, the area of forest lands decreased by 4 km2. The rangeland area also decreased from 450 to 436 km2. From 2000 to 2010, the area of forest land decreased from 272 to 270 km2 and rangeland decreased from 432 to 420 km2. Finally, between 2011 and 2021, the area of forest lands decreased by 9 km2 and the rangeland area decreased by 5 km2. The results indicated a reduction in the area of forest and rangeland, accompanied by an increase in the area of agricultural land and residential areas.
ConclusionThe results obtained and the defined goals allow us to conclude that the area in question underwent changes in terms of its use during the considered statistical period (1980-2021). These changes were noticeable. Therefore, human factors interventions play a pivotal role in land use changes. The results of this study can assist planners in identifying the factors influencing land use changes and in making appropriate management decisions in the future.
Keywords: Remote Sensing, Accuracy, Kappa Coefficient, Mazandaran Province -
Pages 129-154Introduction
Land cover maps are essential elements in geographical analysis and spatial planning. The accuracy and effectiveness of these maps rely on three factors: Satellite imagery, classification algorithms and training samples. The quality of the training dataset significantly impacts the accuracy of classification results. This study aims to generate reliable training samples using the training sample migration method to monitor land cover changes in northwestern Iran from 2002 to 2022.
Materials and MethodsThe study area covers 7653 square kilometers in northwestern Iran, situated between 44°35′59′′ to 46°01′25′′ longitude and 38°38′46′′ to 38°47′48′′ latitude. Data utilized in this research include satellite images and ground truth data, specifically Landsat images. The research methodology comprises five main steps. Initially, satellite images were obtained, followed by pre-processing steps involving radiometric and geometric corrections. Subsequently, training samples were prepared using high-resolution satellite images (Google Earth images) and ground surveys. The third step involved training sample migration, where spectral similarity between training samples from reference and target years was assessed using two parameters: Euclidean distance (ED) and spectral angle distance (SAD). After determining a suitable threshold, migrated training samples were distinguished from non-migrated samples. Evaluation of the accuracy of migrated training samples was conducted using reference data derived from Google Earth. In the fourth step, classification of satellite images from different years was performed using the migrated training samples. Finally, the accuracy of the classified images was assessed through the calculation of a confusion matrix in the fifth step.
Results and DiscussionThe results indicate that a threshold of 0.9 to 1.1 is optimal for distinguishing migrated training samples from non-migrated training samples across different years. It can be observed that there is an inverse relationship between the accuracy of migrated training samples and the percentage of migrated training samples, with an increase in the percentage leading to decreased accuracy. Evaluation of the accuracy of migrated training samples based on each parameter (SAD and ED) reveals that migrated training samples based on the SAD parameter exhibit higher accuracy than those based on the ED parameter. Furthermore, the use of migrated samples based on both parameters has resulted in a 10.45% increase in accuracy compared to using the ED parameter alone, and a 5% increase compared to using the SAD parameter alone. Analysis of the percentage of migrated training samples in different land cover classes demonstrates that, on average, 80.6% of water class training samples, 75.4% of bare land class samples, 71.2% of built-up class samples, 64.6% of grassland class samples, 60.2% of cropland class samples, and 54.4% of wetland class samples were migrated from the reference year (2022) to each of the target years (2002, 2007, 2012, and 2017). The accuracy assessment of migrated training samples in different land cover classes also reveals that the water, built-up, bare land, grassland, cropland, and wetland classes had the highest accuracy in the migrated training samples, in that order. Analysis of land cover changes between 2002 and 2022 indicates a decrease in the area of bare land, water, and wetland classes from 2002 to 2022, while the area of the built-up class has increased during this period. Additionally, the grassland and cropland classes did not exhibit a consistent trend of change during this period, with their trends differing in different years. However, overall, the area of these two classes increased in 2022 compared to 2002.
ConclusionFuture studies should consider using other satellite images (including Sentinel-2) for migrating training samples to evaluate the impact of different spectral bands and satellite images on the migration process. Furthermore, investigating the effectiveness of the training sample migration method for migrating training samples of other land covers could be a potential research topic for future studies.The study area is located in northwestern Iran with an area of 7653 square kilometers. The study area lies between 44°35′59′′ to 46°01′25′′ longitude and 38°38′46′′ to 38°47′48′′ latitude. This study used satellite images and ground truth data.The research methodology consists of five main steps. The initial step involved obtaining satellite images and performing pre-processing steps (radiometric and geometric correction). In the second step, training samples were collected using high-resolution satellite images (Google Earth images) and ground surveys. The third step involved the migration of training samples. To do this, the spectral similarity of the training samples from the reference and target years was first calculated using two parameters: Euclidean distance (ED) and spectral angle distance (SAD). Then, adopting the specified threshold, the migrated training samples were separated from the non-migrated samples. Furthermore, the accuracy of the migrated training samples was evaluated using reference data prepared from the Google Earth. In the fourth step, using the migrated training samples, the classification of satellite images in different years was performed. Finally, using the indices obtained from the confusion matrix, the accuracy of the classified images was evaluated.The results showed that the threshold of 0.9 to 1.1 is the optimal threshold for separating migrated training samples from non-migrated training samples in different years. We also found a reverse correlation between the accuracy of the migrated training samples and the percentage of the migrated training samples, with higher percentages resulting in lower accuracy.The accuracy assessment of the migrated training samples based on each parameter (SAD and ED) showed that the migrated training samples using the SAD parameter have higher accuracy than the migrated training samples using the ED parameter. Moreover, employing the migrated samples considering both parameters has increased the accuracy by 10.45% compared to using the ED parameter to migrate the training samples, and by 5% compared to using the SAD parameter to migrate the training samples.The analysis of the percentage of migrated training samples in different land cover classes showed that, on average, 80.6% of the training samples of the water class, 75.4% of the bare land, 71.2% of the built-up, 64.6% of the grassland, 60.2% of the cropland, and 54.4% of the wetland were migrated from the reference year (2022) to each of the target years (2002, 2007, 2012, and 2017). The accuracy assessment of the migrated training samples in different land cover classes also showed that the water, built-up, bare land, grassland, cropland, and wetland classes had the highest accuracy in the migrated training samples, in that order.The classification of satellite images was performed using Landsat images between 2002 and 2022. Accordingly, satellite images were classified into six different land cover classes. The accuracy assessment results showed that the overall accuracy of the classified images in 2022, 2017, 2012, 2007, and 2002 was 94.95%, 91.93%, 90.74%, 89.45%, and 88.94%, respectively. The accuracy assessment of different land cover classes based on two parameters, producer accuracy and user accuracy, showed that the water class has the highest producer and user accuracy among different classes (98.2% and 99.34%, respectively in 2022). In contrast, the wetland class had the lowest producer and user accuracy (90.1% and 91.25%, respectively in 2022).The analysis of land cover changes between 2002 and 2022 showed that the area of bare land, water, and wetland classes decreased from 2002 to 2022, while the area of built-up class increased during this period. Furthermore, the grassland and cropland classes did not exhibit a constant trend of change during this time period, and their trends varied by year. However, the area of these two classes increased in 2022 compared to 2002. The analysis of the changes in the area of built-up class throughout this period shows a significant increase in the area of this land cover, which has increased from 20.38 square kilometers in 2002 to 123.98 square kilometers in 2022.It is suggested that in future studies, other satellite images, like Sentinel-2, be used to migrate training samples in order to evaluate the effect of different spectral bands and satellite images on the migration of training samples. In addition, investigating the effectiveness of the training sample migration method in migration training samples of other land covers can be one of the research topics in future studies.
Keywords: Training Samples Migration, Land Cover, Spectral Similarity, Classification, Landsat