ارزيابي تاثير وقوع خشكسالي بر تغييرات پوشش گياهي حوضه كشكان لرستان با استفاده از داده هاي چندزمانه ETM+ و OLI لندست

Drought Effects on Vegetation Changes in Kashkan Basin of Lorestan Using ETM + and OLI Landsat Data

سابقه و هدف : پوشش گياهي يكي از مهمترين معيارهاي موثر بر حيات اكولوژيكي محيط زيست است كه با شرايط رطوبتي حوزه هاي آبخيز ارتباط مستقيمي دارد. برآورد شاخص هاي خشكسالي گياهي از قبيل VCI، TCI،VHI تكنيك مناسبي براي ارزيابي اثرات وقوع خشكسالي بر حيات اكولوژيكي محيط زيست است كه اين شاخص ها از طريق محاسبه NDVI بدست مي آيند. در اين زمينه مطالعات متعدي صورت گرفته كه نحوه محاسبه و بكار گيري اين شاخص ها را بيان مي كنند. با توجه به نتايج حاصل از مطالعات متعدد در ارتباط با ضرورت بكارگيري شاخص هاي خشكسالي گياهي و اقليمي، لذا هدف از اين مطالعه ارزيابي تاثير وقوع خشكسالي بر تغييرات پوشش گياهي حوضه كشكان با استفاده از تصاوير ماهواره لندست مي ­باشد. مواد و روش‌ها: در اين تحقيق از شاخص هاي NDVI، TCI، VCI و VHI مستخرج از اطلاعات سنجنده ­هاي ETM+ و OLI (لندست 7 و 8) و اطلاعات بارندگي ايستگاه هاي هواشناسي محدوده استفاده گرديد. براي استخراج شاخص ­هاي پوشش گياهي از تصاوير سنجنده هاي لندست با قدرت تفكيك 30 متر در دو بازه زماني 1999 و 2019 تهيه گرديد. با استفاده از شاخص اقليمي SPI، سال‌هاي خشك و تر در دوره آماري مورد نظر تفكيك شدند. بر اين اساس سال­ هاي 1999و 2019 به­ ترتيب به‌عنوان نماينده ­هاي سال­ هاي خشك و تر انتخاب شدند و در محيط نرم افزار ENVI به محاسبه شاخص‌هاي گياهي پرداخته شد. داده‌هاي مربوط به تصاوير ماهواره­اي از تصاوير چند زمانه لندست براي سال ­هاي 17/2/1999 و 15/2/2019 با سنجنده ­هاي ETM+ و OLI (لندست 7 و 8) از پايگاه اطلاعاتي USGS اخذ شد. با توجه به اينكه منطقه در گذرهاي مختلف 165 و 166 قرار گرفته، از عملگر Seamless Mosaic در نرم افزار ENVI 5.3 براي موزائيك كردن تصاوير استفاده شد. داده ها با سطح تصحيح ها L1T( شامل تصحيح راديومتريك در سطح سيستماتيك، تصحيح هندسي با استفاده از نقاط كنترل زميني و همچنين، تصحيح خطا جابه جايي ناشي از توپوگرافي) از پايگاه اطلاعاتي USGS دريافت شد. نقشه توپوگرافي 1:25000 محدوده مطالعه براي كنترل تصحيح هندسي تصاوير ماهواره اي استفاده شد. در ادامه تصحيحات اتمسفري تصاوير با اعمال الگوريتم فلش[1] در نرم افزار انجام گرفت و تصاوير براي استخراج شاخص ­هاي تحقيق آماده گرديدند. نتايج: پس از تهيه داده ­ها ، نقشه طبقه­ بندي شده مقدار شاخص ­هاي NDVI، VCI، TCI و VHI در سال‌هاي 1999 و 2019 تعيين گرديد. براساس نتايج به­دست آمده، در سال 1999، ميزان پوشش گياهي ضعيف بيشترين مقدار با مساحت 4869/7 كيلومتر مربع معادل 52/49 درصد مساحت منطقه و در سال 2019، بيشترين پوشش گياهي متعلق به طبقه پوشش گياهي خوب با مساحت 3311/4 كيلومتر مربع معادل 35/69 درصد مساحت منطقه را در برگرفته است. نتايج شاخص VCI نشان مي ­دهند كه وضعيت پوشش گياهي در سال 1999 مناسب بوده است و 4749/1 كيلومترمربع از مساحت منطقه، شرايط بدون خشكسالي را تجربه كرده­اند. علاوه بر اين، به ترتيب 4034/9، 111/3 و 83/5 كيلومترمربع از مساحت منطقه داراي شرايط خشكسالي ملايم، خشكسالي شديد و خشكسالي بسيار شديد بوده­اند. در سال 2019 بر اساس شاخص VCI، 8531/8 كيلومترمربع حوضه يعني 81/2 درصد مساحت منطقه، از نظر وضعيت پوشش گياهي داراي شرايط بدون خشكسالي مي ­باشند. مطابق نتايج TCIدر سال 1999، بخش ­هاي محدودي از مناطق غربي و جنوب غربي حوضه با مساحت 742/1 و 278/3 كيلومترمربع به ترتيب داراي شرايط خشكسالي شديد و بسيار شديد بودند، در سال 2019 از نظر حرارتي، در 3005 كيلومترمربع از سطح منطقه در بخش ­هاي شمال، مركز و جنوب شرقي حوضه، شرايط بدون خشكسالي حاكم بوده است. بر اساس نتايج VHI، در سال 1999، حدود 102 و 1159 كيلومتر مربع از مساحت منطقه به ترتيب داراي شرايط خشكسالي شديد و متوسط بوده ­اند و در منطقه خشكسالي بسيار شديد رخ نداده است. در سال 2019 خشكسالي بسيار شديد رخ نداده است و در كل وضعيت بسيار مناسبي براي پوشش گياهي حاكم بوده است.

Background and objectives: Vegetation is one of the most important elements of an ecosystem, which is directly related to the moisture conditions of the land. Estimation of plant drought indices such as VCI, TCI, VHI is an effective tool to assess the effects of drought by calculating NDVI. In this regard, several studies have been conducted that explain how to calculate and use these indicators. The purpose of this study was to investigate the effect of drought on vegetation in Kashkan basin of Lorestan using Landsat satellite images and rainfall data. Methodology: Rainfall data of Kashkan basin stations during the statistical period of 1999 to 2019 were collected from the Meteorological Organization. Landsat Satellite images for the years of 1999 and 2019 from ETM and OLI sensors (L Needs 7 and 8) were obtained from the USGS database. Finally, using the SPI index, dry and wet years were distinguished during the statistical period and were selected as representatives of dry and wet years in 1999 and 2019. Vegetation indices were calculated (NDVI, TCI, VCI and VHI) using the ENVI 5/3 software. Because the area is located at different satellite passes 165 and 166, the Seamless Mosaic operator in ENVI 5.3 software was used to mosaic the images. Data with L1T level corrections (including systematic radiometric correction, geometric correction using ground control points, and topographic displacement error correction) were obtained from the USGS database. A 1: 25000 topographic map of the study area was used to control the geometric correction of satellite images. Atmospheric corrections of the images were performed by applying flash algorithm in the software and the images were prepared to extract the research indicators. Results: Ready data was used to classify the map of NDVI, VCI, TCI and VHI indices in 1999 and 2019. Based on the obtained results, in 1999, the amount of poor vegetation was the highest with an area of ​​4869.7 square kilometers, equivalent to 52.49 percent of the area.The highest vegetation belonged to the good vegetation class with an area of ​​3311.44 square kilometers, equivalent to 69 Percentage of the area. The results of the VCI index show that the vegetation situation was good in 1999 and 4749.1 square kilometers of the area have experienced drought-free conditions. In addition, 4034.9, 111.3 and 83.5 square kilometers of the region had mild drought, severe drought and very severe drought, respectively. In 2019, according to the VCI index, 7531.8 square kilometers of the basin, i.e, 81.2% of the area, have vegetation-free conditions in terms of vegetation. According to the TCI results in 1999, limited parts of the western and southwestern parts of the basin with an area of ​​742.1 and 278.3 square kilometers had severe and very severe drought conditions, respectively. In 2019, in terms of heat, in 3005 square kilometers of the area in the northern, central and southeastern parts of the basin, no drought conditions were observed. According to the VHI results, in 1999, about 102 and 1159 square kilometers of the area had severe and moderate drought conditions, respectively, and no severe drought occurred in the area. In 2019, there was no severe drought. In general, the situation has been very good for vegetation Conclusion: The results showed that drought significantly reduced the density of vegetation in basin, and the existing vegetation was affected by drought stress. According to the VHI index, which indicates the health status of plant coverings affected by drought, two VCI and TCI index. In 1999, the eastern and western regions and the southwest had moderate to severe droughts, and most of regions had a mild drought. In 2019, due to the health of vegetation, in most areas, vegetation was under drought-free conditions and did not suffer from drought stress, but some parts also suffered from mild drought.