شاخص NDSI

بخش عظیمی از بارش ها در مناطق کوهستانی حوضه های آبریز استان گلستان به صورت برف است. در نتیجه، آب حاصل از ذوب برف نقش مهمی در ایجاد رواناب سطحی، تغذیه آبهای زیر زمینی و ایجاد سیل به عهده دارد. پوشش برف معرف میزان آب ذخیره شده در حوضه های کوهستانی است و پایش زمانی و مکانی سطح پوشیده شده از برف و عمق آب معادل برف از اهمیت بسیار بالایی در مدل های هیدرولوژیک دارد.در این مطالعه به منظور پایش سطح پوشش برف و دمای سطح برف حوضه های آبریز استان گلستان از داده های سنجنده MODIS طی دوره آماری 9 ساله (8-2000) استفاده شد.به منظور تعیین پتانسیل ریزش و ذوب برف از الگوریتم دمای سطح برف با استفاده از باندهای حررارتی 31 و 32،MODIS و برای تشخیص سطوح پوشیده شده برف، شاخص NDSI بکار گرفته شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد با توجه به دقت زمانی و مکانی تصاویر ماهواره ای MODIS و قابل دسترس بودن این تصاویر از طریق اینترنت، برای پایش سطح پوشش برف بسیار مناسب هستند، بنابراین، با اجرای الگوریتم های بکار رفته، می توان سطوح پوشش برف را به صورت بهنگام پایش کرد و نتایج آن را در مدیریت منابع آب، کشاورزی، گردشگری، مدیریت مخازن و سامانه های هشدار سیل به کار گرفت.

مطالعه و اندازه گیری تغییرات سطوح برف به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب، بسیار حائز اهمیت است. با توجه به شرایط سخت فیزیکی محیط های کوهستانی امکان اندازه گیری دائم زمینی جهت تخمین منابع برفابی و تشکیل پایگاه داده ها وجود ندارد. به همین جهت استفاده از تصاویر ماهواره ای در شناسایی مناطق برفگیر و ارزیابی تغییرات آن بسیار مهم می باشد. داده های مورد استفاده در این مطالعه، تصاویر ماهواره ای سنجنده مودیس منطقه ی شمال غرب ایران مربوط به سال های 2000 تا 2009 میلادی می باشد. روش مورد استفاده در این مطالعه شاخص NDSI، طبقه بندی های نظارت نشده و نظارت شده می باشد که پس از مقایسه بین روش ها، طبقه بندی نظارت شده به عنوان روش مناسب انتخاب گردید. بررسی نقشه های مربوط به تغییرات پوشش برفی در ماه آوریل نشان داد که در طول دوره ی مورد مطالعه، کمترین مقدار پوشش برف مربوط به سال 2008 با 01/1040 کیلومتر مربع و بیشترین مساحت مربوط به سال 2007 با 78/10471 کیلومتر مربع می باشد. این موضوع، نشان دهنده ی تغییرات 1000 درصدی در طول یک دهه در میزان پوشش برف منطقه شمال غرب ایران بوده و آسیب پذیری منابع آب وابسته به ذوب برف را در این منطقه نشان می دهد. همچنین نتایج نشان داد در سال هایی که میانگین دمای فصل سرد پایین تر می باشد، سطح پوشش برف در بهار همان سال بیشتر از سال های دیگر می باشد به طوری که در سال 2007 کمترین میانگین دما را در طول ده سال داشته (6/2 در جه سانتیگراد) در حالی که بیشترین سطح پوشش برفی در طول ده سال نیز مربوط به همین سال می باشد (78/10471 کیلومتر مربع).

سطوح برفی در طول زمان تغییرات زیادی می یابند و در نتیجه برای پایش آنها به استفاده از تصاویری با قدرت تفکیک زمانی نسبتاً بالا نیاز است. برای این منظور، سنجندة MODIS مستقر روی ماهواره های Terra/Aqua مناسب به نظر می رسد. پارامترهای گوناگونی بر دقت برآورد سطح پوشش برف (SCS) تأثیر می گذارند که توپوگرافی سطح (شیب و جهت شیب) یکی از آنهاست. قدرت تفکیک مکانی پایین تصاویر MODIS و وجود پیکسل های مختلط، دقت برآورد SCS با استفاده از این تصاویر را کم می کند. در پژوهش حاضر، نتایج SCS حاصل از تصاویر MODIS، از طریق مقایسه با تصاویر دارای قدرت تفکیک مکانی متوسط مانند ASTER واقع بر سکوهای مشابه MODIS، ارزیابی می شود. در این پژوهش شاخص NDSI برگرفته از MODIS و ASTER در مناطقی با شیب 20 تا 50 درصد مقایسه گردید و دو مدل MODMASTER و MODFASTER برای بهبود دقت تخمین SCS به وسیلة MODIS ایجاد شد. نتایج به دست آمده از MODMASTER، نشانگر پارامتر همبستگی (R2) با شاخص برف مشابه MODIS به میزان تقریباً 76 درصد و RMSE در حدود 047/0 است. در مدل MODFASTER، که برای تخمین کسر پوشش برف در هر پیکسل ایجاد شده، پارامتر همبستگی (R2) درحدود 75 درصد و RMSE درحدود 09/0 در مقایسه با کسر پوشش برف محاسبه شده به وسیلة ASTER است. مقایسة نتایج حاصل از این پژوهش با مقادیر به دست آمده از سایر پژوهش ها نشان دهندة بهبود در برآورد سطح پوشیده شده از برف است.

با توجه به اینکه ﻳﻜﻲ از ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ مشکلات ﻣﻮﺟﻮد در ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ ﭘﺪﻳﺪه ﺑﺮف ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﺼﺎوﻳﺮ ﻣﺎﻫﻮاره ﻫﺎی اﭘﺘﻴﻜﻲ، ﺗﻔﻜﻴﻚ اﺑﺮ و ﺑﺮف ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﻪ ﻫﻤﻴﻦ ﻣﻨﻈﻮر ما در این تحقیق با استفاده از ویژگی متغیر بودن ابرها نسبت به برف و با استفاده از ویژگی رفتاری ابر در طول موج های مختلف، با تعریف شاخص تفاضلی نرمال شده ی ابر در داده ﻫﺎی MODIS، ﺑﻪ ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ و حذف ﺳﻄﻮح ابری از این تصاویر اقدام کردیم. سپس نقشه های برف یخچال های زاگرس، منطقه ی استان کهکیلویه و بویر احمد را با استفاده از تصاویر بازتابش روزانه MODIS در سال آبی 1392-1393 برای یک دوره ی زمانی پنج روزه بدست آوردیم و با استفاده از نتایج آن به تخمین پهنه ی ذوب برف در این دوره ی زمانی پرداختیم و در انتها برای نمایش بهتر پهنه ی دینامیک ذوب برف، اقدام به تلفیق نقشه ی پهنه ی بندی ذوب برف با مدل ارتفاع رقومی منطقه (SRTM)گردید. برای این کار با توجه به اینکه قدرت تفکیک تصویر SRTM، 100 متر می باشد. تصمیم گرفته شد قدرت تفکیک تصویر MODIS بوسیله ی روش Resampling به 100 متر تبدیل گردد و سپس با انجام همگام سازی بین تصاویر، لایه های اطلاعاتی را با هم تلفیق کرده و در محیط GIS با انجام طبقه بندی ارتفاعی بر روی لایه های اطلاعاتی به تصویری رسیدیم که همزمان علاوه بر نمایش دینامیک خط ذوب برف، توزیع ارتفاعی پهنه ی ذوب برف را نیز نمایش می دهد.

یخچال ها از جمله منابع آبی مهم در جهان بوده که بشدت تحت تاثیر گرمایش جهانی و تغییر اقلیم واقع شده اند. این مقاله به بررسی اثرات اقلیم بر تغییرات سطح پوشش برف و یخ منطقه تخت سلیمان واقع در استان مازندران در طی سه دهه گذشته با استفاده از سنجش از راه دور پرداخته شده است. به همین منظور، تصاویر مربوط به ماه ژوئن میلادی ماهواره های لندست-5 و 8 در بازه زمانی 1990 تا 2021 و همچنین داده های محصول دمای هوای سنجنده ERA5 در پلتفرم گوگل ارث انجین پردازش شد تا میزان دما و سطح پوشش برف و دمای هوای منطقه مورد بررسی مورد محاسبه و بررسی قرار گیرد. در این پژوهش به منظور تشخیص سطوح پوشیده از برف و یخ، از شاخص NDSI (شاخص سطح نرمال شده پوشش برف) و برای ارزیابی روند داده ها از ضریب کاپا و آزمون من-کندال استفاده گردید. نتایج صحت کلی و ضریب کاپا در سامانه گوگل ارث انجین نشان از صحت کلی 94 درصد و ضریب کاپا 89 درصد در سال 2021 دارد که نشان از مطابقت بالای این روش با داده های واقعی است. نتایج بدست آمده در این تحقیق در طی بازه زمانی مورد بررسی نشان دهنده افزایش حدودا 1.5 درجه ای دما در طول سه دهه گذشته در سطح معنی داری 95 درصد می باشد. نتایج نشان می دهد که سطح پوشش برف و یخ یخچال های تخت سلیمان در ماه ژونن ( خرداد) از مقدار 127 کیلومترمربع در سال 1990 با کاهش 80 درصدی به 22 کیلومترمربع در سال 2021 رسیده است. روند تغییرات سطح پوشش برف ماه ژوئن نیز با آزمون من-کندال بررسی شد که نشان دهنده روند منفی معنادار در سطح معنی داری بین 80 تا 90 درصد می باشد. به طور کلی این نتایج نشان دهنده افزایش دما و کاهش سطح برف و یخ این منطقه در طی دوره آماری مورد مطالعه می باشد و ادامه روند زوال تدریجی یخچال های این منطقه در آینده، تهدیدی جدی برای منبع آب پایین دست و محیط زیست اطراف آنها می باشد.

در پژوهش حاضر بر پایه داده های تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS، مستقر روی ماهواره های Terra و Aqua و ماهواره ثقل سنجی GRACE با رویکرد نوآورانه الگوریتم و کدنویسی در سامانه تحت وب گوگل ارث انجین در شهرستان های استان های (گلستان، مازندران و گیلان) و در حد فاصل سال های 2001 تا 2022، به برآورد و تحلیل روند تغییرات مساحت سطحی برف، عمق برف، آب معادل برف و تغییرات سفره آب های زیرزمینی در محدوده مورد مطالعه پرداخته شد. براساس نتایج به دست آمده بیش ترین مساحت سطحی بارش برف با مقدار 01/9496 کیلومتر مربع در سال 2005 و کم ترین آن با مقدار 21/2906 کیلومتر مربع در سال 2010 اتفاق افتاده است، این درحالی است که بیش ترین مقدار عمق برف با مقدار 07/0 متر در سال 2008 و بیش ترین آب معادل برف با مقدار 10 کیلوگرم بر متر مربع در سال 2008 به دست آمد که مبین همبستگی بالای عمق برف با آب معادل از برف است. نتایج بررسی سفره آب های زیرزمینی براساس سه مدل CSR، GFZ و JPL نشان داد که بیش ترین حجم سطح سفره آب های زیرزمینی با مقدار 5/12 سانتی متر، در سال 2005 و کم ترین آن با مقدار 5/27- سانتی متر، در سال 2017 قرار دارد. یافته های تحقیق، نشان دهنده مقدار کاهشی روند سفره آب های زیرزمینی در سال 2017 با مقدار 5/12- سانتی گراد در ارتباط با مقدار روند کاهشی پوشش برف در سال 2017 با میزان پوشش برفی 56/5432 کیلومتر مربع در منطقه مورد مطالعه است. براساس نتایج به دست آمده از پژوهش حاضر می توان نتیجه گرفت که روند تغییرات پوشش برف بر مقدار حجم سفره آب های زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه تأثیر داشته است.