شاخص های پوشش گیاهی

ایران یکی از کشورهای خشک و نیمه خشک به شمار می رود که به خشکسالی دچار است. کمبود اطلاعات هواشناسی طولانی مدت در پهنه وسیعی از کشور یکی از بزرگ ترین مشکلات برای مشاهده و پیش بینی کوتاه مدت خشکسالی در ایران است. در این مقاله، با به کار بردن روش ماشین بردار پشتیبان (SVM) و با استفاده از داده های 42 ایستگاه سینوپتیک منتخب در ایران، عملکرد شاخص های پوشش گیاهی طیفی پهن باند NDVI، NDVI-DEV، VCI و TCI در پیش بینی خشکسالی بررسی شد. بدین منظور، از شاخص خشکسالی (SPI) برای بیان خشکسالی استفاده شد که نشان دهنده شدت و دوره خشکسالی، از سال 1985 تا 2008 است. شاخص های پوشش گیاهی یادشده از تصاویر سنجنده NOAA-AVHRR محاسبه و استخراج شدند. این شاخص ها، به صورت ورودی، به مدل SVM وارد شدند و مقادیر SPI را به دست دادند. با این روش، شاخص های TCI و NDVI، به ترتیب، دارای بالاترین و پایین ترین همبستگی با شرایط خشکسالی شناخته شدند

هدف از این پژوهش پایش خشک سالی مراتع استان اردبیل طی دوره رشد مرتع می باشد. بر این اساس از داده های بارش و دمای ماهانه 4 ایستگاه سینوپتیک استان اردبیل (اردبیل، خلخال، مشکین شهر و پارس آباد مغان) طی دوره آماری 2016- 1996، به منظور محاسبه شاخص خشک سالی فازی ( SEPI ) در 4 بازه زمانی 1، 3، 6 و 9 ماهه استفاده شد و همچنین از تصاویر ماهواره های لندست TM و OLI به منظور تهیه نقشه های طبقه بندی کاربری اراضی بر اساس مدل حداکثر احتمال و محاسبه شاخص های پوشش گیاهی NDVI ، EVI ، SAVI و LAI استفاده گردید. به جهت بررسی رابطه بین شاخص های موردمطالعه، از ضرایب همبستگی پیرسون ( R ) و ریشه میانگین مربعات خطا ( RMSE ) بهره گرفته شده است. نتایج حاصل از طبقه بندی نشان داد که وسعت مراتع استان اردبیل طی سال 1394 نسبت به سال 1377، هم در بخش مراتع قشلاقی و هم در بخش مراتع ییلاقی کاهش ملاحظه ای را نشان می دهد. بر اساس نتایج SEPI وضعیت خشک سالی طی سال های 1390 تا 1395 بیشتر از سایر دوره زمانی موردمطالعه می باشد. نقشه های پراکندگی پوشش گیاهی بر اساس الگوریتم طبقه بندی درخت تصمیم گیری و طبق شاخص NDVI برای ماه های موردمطالعه تهیه گردید. همچنین بر اساس نتایج به دست آمده از ارزیابی شاخص نشان داد که بالاترین همبستگی بین شاخص NDVI و شاخص SEPI 6 ماهه مشاهده می شود و کمترین ضریب میانگین مربعات خطا نیز بین شاخص SAVI و شاخص SEPI 6 ماهه وجود دارد ولی به طورکلی مناسب ترین شاخص برای پایش خشک سالی مراتع استان اردبیل شاخص NDVI و SEPI 6 ماهه می باشد.

فنولوژی، شاخصی کلیدی در رشد و نمو گیاهان است و نقشی مهم در نظارت بر پوشش گیاهی دارد. در این پژوهش، مراحل اصلی فنولوژی پرتقال شامل تشکیل جوانه برگ و میوه، شکفتن جوانه برگ و میوه، میوه دادن و برگ دادن، رشد میوه و برگ دادن، رسیدن میوه و سیکل خواب با استفاده از سنجش از دور بررسی شد. منطقه مطالعه شده، یک باغ پرتقال در کشور ایران در جنوب شرقی استان فارس و در فاصله 25کیلومتری شهر داراب در روستای فسارود است. بدین منظور داده های مشاهداتی شامل داده های فنولوژی و آب وهوایی در بازه زمانی ده ساله (1385 تا 1395) جمع آوری شد. نخست تصاویر سنجنده مودیس برای سال 1385 تا 1395 با توجه به داده های زمینی و نقشه های 1:25000 سازمان نقشه برداری زمین مرجع شدند. این تصاویر برای محاسبه شاخص های پوشش گیاهی سنجش از دوری شامل شاخص تفاضلی نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص وضعیت پوشش گیاهی (EVI) و شاخص شرایط دمایی (TCI) استفاده شد. درنهایت در ارزیابی عملکرد شاخص های سنجش از دوری در مدل سازی مراحل فنولوژی، ضریب همبستگی میان این شاخص ها و داده های زمینی محاسبه شد. بیشترین مقدار ضریب همبستگی بین TCI وحداکثر دما برابر با 953/0 و کمترین ضریب همبستگی بین NDVI و حداکثر رطوبت برابر با 04/0 به دست آمده است. نتایج ضریب همبستگی حاکی است شاخص های به دست آمده از روش سنجش از دور با استفاده از تصاویر ماهواره ای به خوبی تغییرات مراحل اصلی فنولوژیکی را نشان می دهد؛ از سوی دیگر برمبنای این شاخص ها می توان بدون برداشت زمینی و مشاهده فیزیکی از روند تغییرات فنولوژی گیاه آگاه شد.

امروزه، تصاویر ماهواره ای فرصتی کم نظیر در بررسی تغییرات فنولوژی پوشش های گیاهی فراهم کرده است. تحقیق حاضر با هدف بررسی کارایی تصاویر رادار قطبی سنتینل - 1 در دو قطبش VV و  VHو تصاویر اپتیک (لندست- 8 و سنتینل- 2) برای پایش تغییرات فنولوژی گیاهی بر روی سه منطقه با شرایط محیطی و اکوسیستمی مختلف در جنوب و جنوب غرب ایران (نخل های منطقه شادگان، جنگل های حرا، و بیشه زار) در سال 2017 انجام گرفته است. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که شاخص های طیفی گیاهی بهتر از ضرایب بازپخش راداری چرخه فنولوژی و پویایی فصلی پوشش های گیاهی را نمایش می دهند. اما، در عین حال، ضریب بازپخش راداری در قطبش VH نیز قابلیت مناسبی برای پایش تغییرات گیاهان نشان می دهد. تغییرات قطبش VH نسبت به قطبش VV با تغییرات شاخص های گیاهی شامل EVI، SAVI، و NDVI  تطابق بیشتری دارد. نتایج همچنین بیانگر این مطلب است که شاخص  SAVIو EVI نسبت به  NDVIروند مراحل اولیه فنولوژیکی را برای بیشه زارها و نخل های شادگان به واقعیت زمینی نزدیک تر نشان می دهد. درصورتی که ضرایب بازپخش راداری در قطبش VH تصاویر سنتینل- 1 تغییرات سالیانه جنگل های حرا را در مقایسه با شاخص های پوشش گیاهی کامل تر نمایش می دهد. به طور کلی، می توان گفت، تصاویر راداری توانایی جای گزینی در شرایط در دسترس نبودن تصاویر اپتیک را دارند.