EVI

بیابان زاییپسازدوچالشتغییراقلیموکمبودآب شیرین،سومینچالشمهمجامعهجهانیدرقرنبیستویکم می باشد، کهبهعنوانیکیازبارزترینوجوهتخریبمحیط زیستوانهداممنابعطبیعیدرجهان مطرحگردیده است. این پدیدهباتأثیربرپوشش گیاهی،آبوخاک، عامل جدّی تهدید کننده پارک های ملی در مناطق خشک و نیمه خشک از جمله ایران است.اقداماتاجرایی دررابطهباکنترلبیابان زاییبایدمتکیبرشناختوضعیتفعلیبیابانی شدنوشدتآنباشد. در این پژوهش به منظور ارزیابی و پایش بیابان زایی پارک ملی بمو- شیراز، روند تغییرات سالانه پوشش گیاهی در بازه زمانی(2014-2000) مورد بررسی قرار گرفت. فرضبرایناستکهباتحلیلسری هایزمانیبلندمدتداده هایماهواره ای و با استفاده از شاخص های پوشش گیاهی (NDVI و (EVI، می توان چنین تغییراتی را پایش نمود. لذا در این پژوهش، پروفیل و نقشهتغییرات سالانه مقادیر NDVI و EVIدر طی14 سال، بااستفادهازمحصول MOD13A1 سنجنده MODISماهواره Terra سیستم Aqua،در محیط نرم افزاری IDRISI Selva تهیه و مورد تحلیل قرارگرفت. در نهایت با به کارگیری منطق فازی، پروفیل و نقشه شدت بیابان زایی در بازه زمانی مذکور ، تهیه گردید. نتایج به دست آمده نشان دهنده تخریب پوشش گیاهی وافزایش شدت بیابان زایی در قسمت شمال غربی است. این تخریب شکل جدیدی از بیابان زایی به نام بیابان زایی تکنوژنیکی می باشد که دلیل آن احداث شهر جدید صدرا در قسمت شمال غربی و غرب این پارک بوده است به طوریکه با احداث شهر صدرا در محدوده غربی این پارک، عملاً حفاظت از این قسمت نا ممکن گردیده است.

هدفی که این مطالعه در پی دست یافتن به آن است واکنش دو شاخص پوشش گیاهی NDVI و EVI به خشکسالی ها و ترسالی ها در یکی از دشت های خشک ایران یعنی دشت سیستان در شمال استان سیستان و بلوچستان است. برای بررسی حساسیت این دو شاخص به خشکسالی ها و ترسالی ها به دو پایگاه داده ای مختلف نیاز بود. اول پایگاه تصاویر  NDVI وEVI سنجنده مادیس ماهواره ترا برای ماه های آوریل، می و ژوئن برای دوره زمانی 2014-2000 و دوم پایگاه داده های روزانه بارش ایستگاه هواشناسی همدید زابل برای یک دوره آماری 30 ساله (2014- 1985) که از اداره کل هواشناسی استان سیستان و بلوچستان اخذ شد. بعد از اخذ داده ها، نقشه های پویایی پوشش گیاهی حاصل از پردازش تصاویر سنجنده MODIS ماهواره ترا به تفکیک برای ماه های آوریل، می و ژوئن با استفاده از دو شاخص NDVI و EVI برای منطقه مورد مطالعه تهیه شدند. برای شناسایی فراوانی درجات مختلف خشکسالی ها و ترسالی های دشت سیستان نیز از شاخص خشکسالی مؤثر (EDI) استفاده شد. نتایج نشان داد که در سال نمونه خشک (2011-2010) تفاوت قابل توجه بین این دو شاخص در طبقه پوشش گیاهی نرمال مشاهده شد. شاخص EVI، مساحت این طبقه را در این سال خشک حدود 12 درصد نشان داد در حالی که شاخص NDVI برای این طبقه هیچ مساحتی را قائل نبوده است. درحالی که در زمان ترسالی (2006-2005) شاخص  EVI مقداری نتایج بهتری را در اختیار گذاشته است. شاخص EVI برای طبقه نرمال مساحت 20 درصدی را نشان داد و برای طبقه پراکنده 10 درصد از کل مساحت منطقه را دارای پوشش گیاهی تنک و پراکنده نشان داد. در مجموع می توان نتیجه گرفت  که شاخص NDVI شاخص بسیار مناسب تری برای پویایی پوشش گیاهی در دشت هایی مانند دشت سیستان می باشد که  حیات آن ها نه به بارش بلکه به آب جاری در رودخانه متکی است. شاخص EVI نیز با توجه به ماهیت محاسباتی آن برای مناطقی که پوشش گیاهی آن ها متراکم تر است بهتر جواب می دهد. علاوه بر این بازدیدهای میدانی هم که از دشت صورت گرفت و با نوع طبقه پوشش گیاهی که از تصاویر سنجنده MODIS به دست آمد حکایت از بهتر بودن شاخص NDVI در مقایسه با شاخص EVI برای این نوع از دشت ها دارد. 

خشکسالی یکی از بلایای طبیعی است که ممکن است در هر اقلیمی رخ دهد. در دهه های اخیر کشور ایران به به طور پیاپی تحت تأثیر خشکسالی های شدید و گسترده قرار داشته و آثار زیانباری بر بخش های مختلف اقتصادی از جمله بخش کشاورزی، محیط زیست و منابع آب کشور تحمیل کرده است. امروزه برای شناسایی و تحلیل خشکسالی های کشاورزی از شاخص های پوشش گیاهی که به کمک فن آوری سنجش از دور بدست می آیند استفاده می شود. بر این اساس، هدف از این پژوهش بررسی کارایی شاخص های پوشش گیاهی NDVI ، EVI و VCI در شناسایی و تحلیل خشکسالی کشاورزی در حوزه آبخیز کرخه می باشد. برای محاسبه این نمایه ها تصاویر سنجنده مودیس) ماهواره Terra، محصولMOD13A2 ) طی مدت 17 سال در دوره آماری 2000-2017 استفاده شد. دقت نمایه های یاد شده با شاخص ZSI محاسبه شده در 11 ایستگاه باران سنجی واقع در حوضه کرخه برای دوره آماری 1379-1396 مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس مقادیر NDVI، EVI و VCI محاسبه شده، کمترین و بیشترین مقدار پوشش گیاهی به ترتیب در سال های 1379 و 1380 مشاهده شد. اما بررسی ZSI نشان داد که از سال 1379 تا 1387 اکثر ایستگاه ها با خشکسالی مواجه بوده اند و شدیدترین خشکسالی در سال 1387 رخ داده است. از سال 1389 تا انتهای دوره در اکثر ایستگاه ها شرایط نسبتاً نرمال مشاهده شد. بنابراین طبق نتایج بدست آمده همزمانی خشکسالی هواشناسی و کشاورزی در تمام سال ها وجود ندارد و نباید انتظار داشت که با افزایش بارندگی، NDVI، EVI و VCI نیز ترسالی و افزایش پوشش گیاهی را نشان دهند.

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.

شهرها به دلیل این که محل اصلی تجمع انسان ها هستند، به یکی از کانون های اصلی برای انجام تحقیق تبدیل شدند. یکی از مشکلاتی که امروز گریبانگیر شهر و به خصو شهرهای بزرگ شده است، پدیده جزیره حرارتی شهر است. موارد زیادی در تغییرات فضایی جزیره حرارتی نقش دارد که از جمله آنها فعالیت های انسانی و تغییر در پوشش سطح زمین است که اغلب به کاهش فضای سبز می انجامد. شاخص های پوشش گیاهی متعددی توسعه داده شده است که در این تحقیق شاخص های NDVI و EVI مورد بررسی قرار گرفتند. دمای سطح زمین برای تاریخ 27 مرداد 1400 با استفاده از الگوریتم تک کانال از تصاویر لندست بازیابی و شاخص های مذکور برای تاریخ فوق استخراج شدند. نتایج نشان داد که بیشتر سطح شهر را طبقه دمایی 305-310 درجه کلوین پوشش داده است. با مقایسه شاخص ها و دمای سطح زمین مشخص شد که دمای سطح زمین و پوشش گیاهی رابطه عکس دارند، به گونه ای که در جنوب و شرق دما پایین تر و پوشش گیاهی بیشتر؛ اما این موضوع برای جنوب و غرب عکس این قضیه است. همچنین، رابطه بین دمای سطح زمین و شاخص EVI برابر با 23.31- درصد بود و رابطه آن با شاخص NDVI در حدود 24- درصد بود؛ این موضوع بیانگر این است که این دو شاخص با اختلافی جزئی شبیه به هم هستند.

سابقه و هدف: فنولوژی گیاهان نقش مهمی در اکوسیستم های گیاهی ایفا می کند و شاخصی مهم در تغییرات بوم شناختی به شمار می رود. با توجه به گسترش شهرنشینی، فضای سبز شهری گاهی نقشی حیاتی در این مناطق مسکونی دارد. ازطرف دیگر، استفاده از گیاهان در سطح شهرها و خدمات فضای سبزی که آنها ارائه می دهند، توجه زیادی را هم در سطح عمومی و هم در مطالعات جدید به خود جلب کرده است. ارزش فضای سبز شهری به دلیل مزایای متعدد آن برای سلامتی انسان و محیط بوم شناختی شهرها حائز اهمیت است. ازاین رو، با توجه به اهمیت نقش گیاهان در اکوسیستم شهری و نقش آن در سلامت جامعه، مطالعه و پایش چرخه فنولوژیکی گیاهان در فصل های مختلف سال در مناطق شهری در مقیاس های مکانی– زمانی مختلف ضروری است.مواد و روش ها: در این پژوهش، با استفاده از دو شاخص پرکاربرد NDVI و EVI محاسبه شده از تصاویر سنجنده OLI ماهواره لندست-8 و تصاویر محصول MOD13Q1 سنجنده مودیس ماهواره ترا، چرخه فنولوژی گیاهان در سطح کلان شهر اهواز در دوره زمانی 2015 تا دسامبر 2019 تحلیل شد. تصاویر ماهواره ای از طریق پلتفرم گوگل ارت انجین فراخوانی و تهیه شد. سپس، با توجه به نوع پوشش گیاهی، چرخه فنولوژیکی گیاهان براساس شاخص های پوشش گیاهی به دست آمد و با چرخه فنولوژیکی به دست آمده از بررسی های زمینی مقایسه شد. با توجه به احتمال وجود نویز و پیکسل هایی با اختلاط طیفی، برای هموارسازی چرخه فنولوژیکی گیاهان از فیلتر Savitzky–Golay استفاده شد.نتایج: نتایج به دست آمده حاکی از روند افزایش مقادیر هر دو شاخص NDVI و EVI به ترتیب با 03/0 و 04/0 در سنجنده OLI و 01/0 (در سال) در محصول سنجنده مودیس است. این تغییرات در ماه های ژانویه، مارس، اکتبر، نوامبر و دسامبر در هر دو سنجنده افزایشی بوده است که به معنای شرایط بهتر زیستی گیاه است. زمان دوره های فنولوژی گیاهان در هر دو سنجنده متفاوت بود. بیشترین اختلاف در هر دو سنجنده در سال های 2018 و 2019 مشاهده شد. با توجه به مناسب تر بودن شرایط محیطی در این دو سال در مقایسه با سایر سال ها، می توان نتیجه گرفت که با افزایش میزان کلروفیل گیاه، میزان اختلاف بین نتایج این دو سنجنده بیشتر می شود. دوره های انتقال فصل رشد به دست آمده از سنجنده OLI جزئیات بیشتری را در مقایسه با مجموعه داده های با وضوح متوسط مودیس نشان داد. در سنجنده مودیس در مقایسه با سنجنده OLI زمان شروع دوره های فصل رشد، زودتر بود. این تفاوت ها گویای تغییرات بیشتر پوشش گیاهی است که استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک بالا قابلیت تشخیص بهتری نسبت به سنجنده های با قدرت تفکیک مکانی متوسط و پایین دارند. به طور کلی، نتایج قابل قبولی از تغییرات چرخه فنولوژیکی گیاهان در سطح یک منطقه شهری با انواع مختلف پدیده های زمینی که سبب ناهمگنی بیشتر در پیکسل های تصاویر سنجنده های ماهواره ای می شود، مشاهده شد.نتیجه گیری: نتایج مقایسه دوره های فصل رشد در سنجنده OLI و مودیس (به ترتیب) با واقعیت زمینی نشان می دهد کمترین اختلاف در شروع فصل رشد با 7 و 10 روز بوده است. بیشترین اختلاف بین نتایج به دست آمده از سنجنده های OLI و مودیس (به ترتیب) با واقعیت زمینی در اوج فصل رشد با 20 و 35 روز و پایان فصل رشد 20 روز دیرتر و 20 زودتر بوده است. طول فصل رشد در سنجنده مودیس حدود چهار ماه و در سنجنده OLI حدود پنج ماه مشاهده شد که نتایج لندست به واقعیت زمینی نزدیک تر است. این تفاوت را می توان به افزایش تعداد پیکسل های مخلوط با توجه به قدرت تفکیک مکانی تصاویر سنجنده مودیس نسبت داد. نتایج این پژوهش، می تواند راهگشای بررسی تغییرات چرخه های فنولوژیکی در پاسخ به تغییرات محیطی با استفاده از تصاویر سنجش از دور در مناطق شهری باشد.