ارزیابی شدّت خشکسالی حوضة آبخیز «رضی‌چای» با استفاده از شاخص‌های VCI، TCI، VHI

عابدینی, موسی; شریفی, زهرا; سردشتی, ماهرخ

doi:10.22111/gdij.2024.49000.3656

ارزیابی شدّت خشکسالی حوضة آبخیز «رضی‌چای» با استفاده از شاخص‌های VCI، TCI، VHI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استاد گروه جغرافیا طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

² دانشجوی دکترا، گروه جغرافیا طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

10.22111/gdij.2024.49000.3656

چکیده

خشکسالی بهعنوان یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی، امنیت غذایی و منابع آبی را بهشدت تهدید می‌کند. شناسایی و پایش مناطق مستعد خشکسالی با استفاده از روش‌های نوین، به‌ویژه در حوضة آبخیز «رضی‌چای»، از اهمیت زیادی برخوردار است. این پژوهش با هدف بررسی شاخص‌های محیطی شامل: دمای سطح زمین (LST)، رطوبت خاک و شاخص پوشش گیاهی (NDVI) در دورة 2016 تا 2022 و با بهره‌گیری از داده‌های ماهواره‌ای« MODIS» در سامانة گوگل ارث انجین انجام شد. در این مطالعه، شاخص‌های خشکسالی TCI، VCI و VHI محاسبه و تحلیل شدند. نتایج نشانداد که بیشترین دمای سطح زمین در جنوب ‌غرب حوضه با 303 کلوین و کمترین دما در شمال‌شرق با 293 کلوین ثبت شده است. همچنین، رطوبت خاک در جنوب ‌غرب به کمینه مقدار خود (73/6 میلی‌متر) و در شمال ‌شرق به بیشینه مقدار (16 میلی‌متر) رسیده است. شاخص« NDVI» نیز بیشترین تراکم پوشش گیاهی را در جنوب ‌غرب و شمال‌ شرق حوضه با مقدار 15/0 نشانداد. بررسی شاخص‌های خشکسالی نشانداد که در بخش‌های مرکزی حوضه، شاخص «TCI» با مقدار 42/0 تنش گرمایی را افزایش داده است. همچنین، کاهش شاخص‌های VCI و VHI بهترتیب با مقادیر 16/0 و 03/0- ، نشان‌دهندة افت قابل ‌توجه سلامت پوشش گیاهی در این مناطق بوده است. تحلیل همبستگی میان شاخص‌های خشکسالی و عوامل محیطی نشانداد که شاخص «VHI» بیشترین همبستگی معنی‌دار را با« NDVI» در حدود 34/0 داشته است. در نهایت، این نتایج نشانمی‌دهد که با افزایش دمای سطح زمین و کاهش رطوبت خاک، خشکسالی تشدید شده و به سلامت پوشش گیاهی آسیب جدی وارد شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

آب وهواشناسی و توسعه

عنوان مقاله [English]

Assessment of Drought Severity in the Rezi-Chai Watershed using VCI, TCI, and VHI Indices

نویسندگان [English]

Mousa Abedini ¹
Zahra Sharif ²
Mahrokh Sardashti ²

¹ Professor, Department of Physical Geography, Faculty of Social Science, University of Mohaghegh Ardabili,

² PhD Student, Department of Physical Geography, Faculty of Social Science, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

چکیده [English]

Drought, as one of the most significant environmental challenges, poses a severe threat to food security and water resources. Identifying and monitoring drought-prone areas using modern methods, particularly in the Rezi-Chai watershed, is of great importance. This study aimed to investigate environmental indices, including Land Surface Temperature (LST), soil moisture, and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), from 2016 to 2022 using MODIS satellite data in Google Earth Engine. In this study, the drought indices TCI, VCI, and VHI were calculated and analyzed. The results indicated that the highest land surface temperature was recorded in the southwest of the watershed at 303 Kelvin, while the lowest temperature was in the northeast at 293 Kelvin. Additionally, soil moisture reached its minimum in the southwest (6.73 mm) and its maximum in the northeast (16 mm). The NDVI showed the highest vegetation cover density in the southwest and northeast of the watershed, with a value of 0.15. The analysis of drought indices revealed that in the central areas of the watershed, the TCI index increased thermal stress to a value of 0.42. Furthermore, the decrease in VCI and VHI indices, with values of 0.16 and -0.03 respectively, indicated a significant decline in vegetation health in these areas. Correlation analysis between drought indices and environmental factors showed that the VHI index had the highest significant correlation with NDVI at approximately 0.34. Ultimately, these results demonstrate that with increasing land surface temperature and decreasing soil moisture, drought is intensified, causing serious harm to vegetation health.

کلیدواژه‌ها [English]

Drought indices
Rezi-Chai watershed
MODIS satellite images
GEE system

مراجع

احمدی، رویا.؛ هدی قاسمیه؛ رضا قضاوی (1403). ارزیابی وضعیت خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی (مطالعه موردی: زیرحوضه‌هایی از حوضه آبریز فلات مرکزی)، هیدروژئومورفولوژی.

10.22034/hyd.2024.62269.1746

احمدی، محمود؛ کاظم نصرتی؛ هیوا سلکی (1392). خشکسالی و ارتباط آن با رطوبت خاک مطالعه موردی: کبوترآباد اصفهان، جغرافیا. دوره 11. شماره 38، صفحات 91-77.

آرخی، صالح؛ مرضیه برزگز‌سواسری؛ سمیه عمادالدین (1401). بررسی کارایی شاخص‌های منتج از فناوری سنجش‌ازدور VCI، TCI و VHI در ارزیابی خشکسالی با تصاویر مودیس (مطالعه موردی: مناطق مرکزی ایران)، جغرافیا و مخاطرات محیطی. دوره 11. شماره 3. صفحات 224-189.

10.22067/geoeh.2021.72253.1102

اسکندری‌دامنه، هادی؛ حامد اسکندری‌دامنه؛ حسن خسروی؛ احمد گیلوری؛ محسن عادلی ساردوئی (1400). پایش اثرات خشکسالی بر شاخص‌های محیطی حاصل از سنجنده مودیس در بازه زمانی 2019-2001 (مطالعه موردی: مراتع استان اصفهان)، مرتع. دوره 15. شماره 3. صفحات 476-460.

20.1001.1.20080891.1400.15.3.8.7

داودآبادی‌فراهانی، محمدحسین؛ علیرضا شریفی؛ مهدی عربی (1400). پایش خشکسالی کشاورزی استان مرکزی با استفاده از شاخص‌های VHI و PDSI، علوم و فنون نقشه برداری. دوره 11. شماره 3. صفحات 100-83.

‎ 20.1001.1.2322102.1400.11.3.7.9

دماوندی، علی‌اکبر؛ محمد رحیمی؛ محمدرضا یزدانی؛ علی‌اکبر نوروزی (1395). پایش مکانی خشکسالی کشاورزی از طریق سری‌های زمانی شاخص‌های NDVI وLST داده‌های MODIS (مطالعه موردی: استان مرکزی)، اطلاعات جغرافیایی سپهر. دوره 25. شماره 99. صفحات 126-115.

https://doi.org/10.22131/sepehr.2016.23200

راهی، غلام‌رضا؛ فاطمه بحرینی؛ محمد خسروشاهی؛ لیلا بیابانی (1400). تاثیر خشکسالی بر فراوانی وقوع پدیده گردوغبار (مطالعه موردی: استان بوشهر)، حفاظت آب و خاک. دوره 29. شماره 1. صفحات 51-31.

10.22069/JWSC.2022.19677.3511

سیاسر، هادی؛ ام‌النبی محمدرضا‌پور؛ مهرانه خدامرادپور (1403). پایش‌ خشکسالی‌ با استفاده از داده‌های سنجندۀ MODIS و مقایسه‌ با شاخص‌ هواشناسی‌ SPI در دوره‌های کوتاه‌مدت مطالعۀ‌ موردی: استان گلستان، جغرافیا و توسعه. دوره 22. شماره 74. صفحات 186-166.

doi: 10.22111/gdij.2024.8175

صفدری مولان، امین؛ عادل مردانه (1402). بررسی روند تغییرات خشکسالی با شاخص خشکی دمایی- پوشش گیاهی (TVDI) و ارتباط آن با عوامل جوی (مطالعه موردی: حوضه آبریز سیاه‌کوه)، آب و توسعه پایدار.دوره10. شماره3. صفحات 108-99.

10.22067/JWSD.V10I3.2305-1243

عابدینی، موسی؛ فریده بهرامی‌نیا؛ رئوف مصطفی‌زاده؛ امیرحسام پاسبان (1402). بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی در یک دوره بیست سال بر میزان فرسایش و رسوب حوضه رضی‌چای، جغرافیا و مطالعات محیطی. دوره 12. شماره 45.
صفحات 133-114.

20.1001.1.20087845.1402.12.45.7.9

عابدینی، موسی؛ احسان قلعه؛ نازفر آقازاده؛ مریم محمدزاده شیشه‌گران (1401). پایش دمای سطح زمین و بررسی رابطه کاربری اراضی با دمای سطح با استفاده از تصاویر سنجنده OLI وTM ، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. دوره 22. شماره 67. صفحات 393-375.

‎ 20.1001.1.22287736.1401.22.67.18.5

عابدینی، موسی؛ مریم محمدزاده‌شیشه‌گران؛ احسان قلعه (1401). پایش و برآورد وسعت مناطق دچار حریق بخشی از کوهستان زاگرس با استفاده از تصاویر ماهواره لندست، نشریه جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی. دوره 33. شماره 4.
صفحات 62 -49.

10.22108/gep.2022.131560.1470

فرامرزی، محمد؛ حمید نوری (1394). بررسی و امکان‌سنجی کارایی شاخص‌های گیاهی و حرارتی ماهواره لندست در تحلیل خشکسالی کشاورزی (مطالعه موردی: شهرستان ملایر)، تحقیقات جغرافیایی. دوره 30. شماره 3. صفحات 152-139.

http://georesearch.ir/article-1-138-fa.html

فیض‌اله‌پور، مهدی (1403). پایش تنش رطوبتی و خشکسالی بر پایه تحلیل همبستگی بین شاخص‌های طیفی مبتنی بر رطوبت، پوشش گیاهی و دما در محدوده تالاب شادگان. هیدروژئومورفولوژی.

https://doi.org/10.22034/hyd.2024.60376.1727

نوری‌پوردرگزی، محسن؛ ام‌البنین بذرافشان؛ یحیی اسماعیل‌پور (1401). پایش خشکسالی کشاورزی با تاکید بر داده‌های اقلیم، پوشش گیاهی و رطوبت خاک در استان هرمزگان، نیوار. دوره 46. شماره 116. صفحات 178-163.

10.30467/NIVAR.2022.352541.1224

نیک‌پور، نورالله؛ حسین نگارش؛ صمد فتوحی؛ سیدزین‌العابدین حسینی؛ شهرام بهرامی (1397). پایش روند تغییرات شاخص پوشش گیاهی (NDVI)، یکی از مهمترین شاخص‌های تخریب سرزمین ( در استان ایلام)، تحلیل فضایی مخاطرات محیطی. دوره 5. شماره 4. صفحات 48-21.

http://dx.doi.org/10.29252/jsaeh.5.4.21

Balti, H., Ben Abbes, A., Mellouli, N., Farah, I.R., Sang, Y., Lamolle, M (2020). A review of drought monitoring with big data: Issues, methods, challenges and research directions, Ecological Informatics 60.

https:// doi.org/10.1016/j.ecoinf.2020.101136 101136.

Bento, V.A., Gouveia, C.M., DaCamara, C.C., Trigo, I. F (2018). A climatological assessment of drought impact on vegetation health index, Agricultural and Forest Meteorology, Vol 259, 286-295.

DOI:10.1016/j.agrformet.2018.05.014

Das, P. K., Chandra, S., Das, D. K., Midya, S. K., Paul, A., Bandyopadhyay, S., Dadhwal, V. K (2020). Understanding the interactions between meteorological and soil moisture drought over Indian region, Journal of Earth System Science, Vol 129, N 1, 1-17.

https://doi.org/10.1007/s12040-020-01460-7

Javed, T., Yao, N., Chen, X., Suon, S., Li, Y (2020). Drought evolution indicated by meteorological and remote-sensing drought indices under different land cover types in China, Environmental Science and Pollution Research, Vol 27, N 4, 4258–4274.

DOI: 10.1007/s11356-019-06629-2

Jehanzaib, M., Sattar, M.N., Lee, J.H., Kim, T. W (2020). Investigating effect of climate change on drought propagation from meteorological to hydrological drought using multi-model ensemble projections, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, Vol 34, N 1, 7-21.

https://doi.org/10.1038/nclimate1633

Ji, T., Li, G., Yang, H., Liu, R., He, T (2018). Comprehensive drought index as an indicator for use in drought monitoring integrating multisource remote sensing data: a case study covering the Sichuan-Chongqing region, International Journal of Remote Sensing, Vol39, N 3, 786-809.

DOI:10.1080/01431161.2017.1392635

Jiao, W., Tian, C., Chang, Q., Novick, K.A., Wang, L (2019). A new multi-sensor integrated index for drought monitoring, Agricultural and Forest Meteorology, Vol 268, 74-85.

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2019.01.008

Kogan, F.N (1990). Remote sensing of weather impacts on vegetation in non-homogeneous areas, International Journal of Remote Sensing, Vol 11, N 8, 1405-1419.

https://doi.org/10.1080/01431169008955102

Konapala, G., Mishra, A.K., Wada, Y., Mann, M. E (2020). Climate change will affect global water availability through compounding changes in seasonal precipitation and evaporation, Nature Communications,Vol.11,N 1,3044.

DOI:10.1038/s41467-020-16757-w

Li, X., Li, Y., Chen, A., Gao, M., Slette, I. J., Piao, S (2019). The impact of the 2009/2010 drought on vegetation growth and terrestrial carbon balance in Southwest China, Agricultural and Forest Meteorology, Vol 269, 239-248.

DOI:10.1016/j.agrformet.2019.01.036

Masroor, M.D., Haroon, S., Sufia, R., Roshani, S., Hibjur Rahaman, M.D., Mehbub, S., Raihan, A., Ram, A (2022). Analysing the relationship between drought and soil erosion using vegetation health index and RUSLE models in Godavari middle sub-basin, India, Geoscience Frontiers, Vol 13, V 2, 1-13.

DOI:10.1016/j.gsf.2021.101312

Mbatha, N., Xulu, S (2018). Time series analysis of MODIS-Derived NDVI for the Hluhluwe-Imfolozi Park, South Africa: Impact of recent intense drought. Climate, Vol 6, N 4, 95.

https://doi.org/10.3390/cli6040095

Mckee, T.B., Doesken, N.J., Kleist, J (2018). The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales. In Proceedings of the AMS 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim, CA, USA, 17-22 January, 179-184.

DOI: 10.4236/jwarp.2016.87058

Santos, C., Augusto, G., Brasil, N., Reginaldo, M., Nascimento, Thiago V., Silva, R., Mishra, M., Frade, T. G (2021). Geospatial drought severity analysis based on Persiann-Cdr-estimated rainfall data for Odisha state in India (1983–2018), Science of The Total Environment, Vol 750, 141-258.

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141258

Serrano, S.M., Beguerıa, S., Lopez-Moreno, J. I (2010). A Multiscalar Drought Index Sensitive to Global Warming: The Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, Journal of Climate,Vol.23, N.7,1696-1718.

DOI: https://doi.org/10.1175/2009JCLI2909.1

Shao, W., Kam, J (2020). Retrospective and prospective evaluations of drought and flood, Science of The Total Environment, pp. 748.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141155

Singh, S., Bhardwaj, A., Verma, V (2020). Remote sensing and GIS based analysis of temporal land use/land cover and water quality changes in Harike wetland ecosystem, Punjab, India, Journal of Environmental Management, Vol 262, 11035.

DOI:10.1016/j.jenvman.2020.110355

Walker, J. P. Houser, P. R (2004). Requirements of a global near-surface soil moisture mission: accuracy, repeat time, and spatial resolution, Advances in Water Resources, Vol 27, 785-801.

DOI:10.1016/j.advwatres.2004.05.006

Yao, J., Zhao, Y., Chen, Y., Yu, X., Zhang, R (2018). Multi-scale assessments of droughts: A case study in Xinjiang China, Science of the Total Environment, Vol 630, 444-452.

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.02.200

Yu, Y., Wang, J., Cheng, F., Deng, H., Chen, S (2020). Drought monitoring in Yunnan Province based on a TRMM precipitation product, Natural Hazards, Vol 104, N 3, 2369-2387.

DOI:10.1007/s11069-020-04276-2