طی دهه های گذشته با افزایش نرخ جمعیت در شهرهای بزرگ و کوچک، کاربری اراضی در اطراف بسیاری از شهرها و شهرستانها دچار تغییرات عمده ای شده است و عمده کاربری های کشاورزی و فضای سبز و به طور کلی پوشش گیاهی از میان رفته است. طی این مقاله تغییرات پوشش گیاهی شهرستان های حوزه شرقی دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) طی یک دوره 31 ساله، بین سالهای 1984 تا 2015 میلادی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 5 و 8 بررسی شده است.پس از محاسبه شاخص NDVI، به انجام تجزیه و تحلیل های آماری بر روی تغییرات به وجود آمده پرداخته شده است.نتایج نشان می دهد میزان پوشش گیاهی منطقه از 300234600 مترمربع در سال 1984 میلادی به 67588650 مترمربع در سال 2015 میلادی کاهش یافته است، همچنین میزان پوشش گیاهی کم تراکم (شاخص NDVI بین 2/. تا 3/.) از 134885700 مترمربع در سال 1984 به 223994700 مترمربع افزایش یافته است و میزان پوشش گیاهی پرتراکم (شاخص NDVI بین 6/. تا 7/.) از 2020500 مترمربع در سال 1984 به 19800 مترمربع در سال 2015 کاهش یافته است که این امر نشان دهنده کاهش مناطق با پوشش گیاهی متراکم(باغات) و افزایش مناطق با پوشش گیاهی کم تراکم(مراتع) می باشد.

تحلیل های آماری بر روی تغییرات شاخص NDVI (مطالعه موردی: شهرستان های شرقی دریاچه ارومیه)

هاشم رستم زاده۱، میثم محرمی۲

دانشگاه تبریز، عضو هیئت علمی دانشکده جغرافیا و برنامه ریزی

دانشگاه تبریز، دانشجوی کارشناسی ارشد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی

چکیده:

طی دهه های گذشته با افزایش نرخ جمعیت در شهرهای بزرگ و کوچک، کاربری اراضی در اطراف بسیاری از شهرها و شهرستانها دچار تغییرات عمده ای شده است و عمده کاربری های کشاورزی و فضای سبز و به طور کلی پوشش گیاهی از میان رفته است. طی این مقاله تغییرات پوشش گیاهی شهرستان های حوزه شرقی دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) طی یک دوره ۳۱ ساله، بین سالهای ۱۹۸۴ تا ۲۰۱۵ میلادی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست ۵ و ۸ بررسی شده است.پس از محاسبه شاخص NDVI، به انجام تجزیه و تحلیل های آماری بر روی تغییرات به وجود آمده پرداخته شده است.نتایج نشان می دهد میزان پوشش گیاهی منطقه از ۳۰۰۲۳۴۶۰۰ مترمربع در سال ۱۹۸۴ میلادی به ۶۷۵۸۸۶۵۰ مترمربع در سال ۲۰۱۵ میلادی کاهش یافته است، همچنین میزان پوشش گیاهی کم تراکم (شاخص NDVI بین ۲/. تا ۳/.) از ۱۳۴۸۸۵۷۰۰ مترمربع در سال ۱۹۸۴ به ۲۲۳۹۹۴۷۰۰ مترمربع افزایش یافته است و میزان پوشش گیاهی پرتراکم (شاخص NDVI بین ۶/. تا ۷/.) از ۲۰۲۰۵۰۰ مترمربع در سال ۱۹۸۴ به ۱۹۸۰۰ مترمربع در سال ۲۰۱۵ کاهش یافته است که این امر نشان دهنده کاهش مناطق با پوشش گیاهی متراکم(باغات) و افزایش مناطق با پوشش گیاهی کم تراکم(مراتع) می باشد.

کلمات کلیدی: شهرستان های حوزه شرقی دریاچه ارومیه، NDVI، تحلیل های آماری، تصاویر ماهواره ای لندست.

  1. مقدمه:

به طور کلی اندازه گیری های میدانی و استفاده از داده های سنجش از دور دو روش عمده برای استخراج درصد پوشش گیاهی می باشد.در گذشته اندازه گیری میدانی رایج ترین روش مورد استفاده برای به دست آوردن درصد پوشش گیاهی بوده است.خصوصیاتی نظیر فراهم ساختن دید وسیع و یکپارچه از یک منطقه، قابلیت تکرار پذیری، سهل الوصول بودن اطلاعات و دقت بالای اطلاعات حاصله و صرفه جویی در زمان از ویژگی هایی است که استفاده از این گونه اطلاعات را برای بررسی پوشش گیاهی و کنترل تغییرات آن نسبت به سایر روش ها ارجحیت می بخشد.بر همین اساس محققین زیادی به منظور بررسی پوشش گیاهی از داده های سنجش از دور استفاده نموده اند و این تکنیک را مناسب این گونه مطالعات ارزیابی نموده اند.(سلیمی کوچی و همکاران،۱۳۹۲)شاخص NDVI از معروف ترین، ساده ترین و کاربردی ترین شاخص هایی است که در زمینه مطالعات پوشش گیاهی شناخته شده است.فرآیند محاسباتی ساده دارد و در مقایسه با دیگر شاخص ها دارای بهترین توان دینامیک می باشد.این شاخص بیشترین حساسیت را به تغییرات پوشش گیاهی داشته و در مقابل اثرات جوی و زمینه خاک، به جز در مواردی که پوشش گیاهی کم باشد، حساسیت کمتری دارد.(با عقیده و همکاران،۱۳۹۰) با انجام تحلیل های آماری بر روی شاخص NDVI می توان وضعیت پوشش گیاهی منطقه و تغییرات آن را در بازه های زمانی مختلف و بر اساس میزان پوشش گیاهی و تراکم آن مورد تجزیه تحلیل قرار داد و وضعیت پوشش گیاهی منطقه را مورد بررسی قرار داد.

  1. پیشینه تحقیق:

با عقیده و همکاران(۱۳۹۰) طی تحقیقی به بررسی خشکسالی های استان اصفهان با استفاده از شاخص NDVI پرداختند.آنها با استفاده از تصاویر ماهواره ای NOAA و داده های بارش بین سالهای ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۳ میلادی به ترتیب شاخص های NDVI و SPI را محاسبه کردند و شاخص NDVI را در سه کلاس مراتع غنی، متوسط و فقیر طبقه بندی کردند.در بین دوره های زمانی مختلف، شاخص SPI ، دوره زمانی سه ماهه، همبستگی بالایی نشان داد و بقیه محاسبات بر اساس این دوره زمانی محاسبه شد.نتایج تحقیق نشان داد که در همه ایستگاهها و کل استان مقدار شاخص ها در ماه های بهار، یعنی مارس تا می، بالا بوده و در ماه های تابستان از مقدار آنها کاسته شده است.در سطح استان اندازه شاخص ها در مراتع غنی بالا و در مراتع فقیر کاهش نشان می دهد.همبستگی بین شاخص ها نیز در همه ایستگاه ها قابل قبول بود، این مسئله نشان داد شاخص پوشش گیاهی NDVI‌ می تواند جایگزین مناسبی برای شاخص های اقلیمی در ارزیابی و پایش خشکسالی ها باشد.مرا و همکاران(۲۰۱۵) طی تحقیقی به بررسی تغییرات پوشش گیاهی در منطقه ولورا با استفاده از شاخص NDVI پرداختند.آنها در این تحقیق با استفاده از تصاویر سنجنده TM و لایه DEM به تجزیه و تحلیل تغییرات پوشش های جنگلی، مناطق کشاورزی و مناطق با پوشش آبی پرداختند.نتایج نشان دهنده کاهش ۶ درصدی در مساحت مناطق جنگلی بین سالهای ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۶ می باشد.همچنین در این مدت مساحت مناطق کشاورزی ۱۹ درصد و مساحت مناطق آبی ۴ درصد افزایش پیدا کرده است.ماریانا و همکاران(۲۰۱۵) به بررسی رابطه بین شاخص NDVI و میزان تولیدات گندم پرداخته اند.آنها در این تحقیق میزان سطح گندم را در منطقه بوینس آیرس با استفاده از برداشت زمینی و همچنین از طریق شاخص NDVI اندازه گرفتند،آنها با تکرار این کار طی یک دوره زمانی بین سالهای ۲۰۰۳ تا ۲۰۱۱ و برقراری رابطه بین برداشت های زمینی و شاخص NDVI توانستند میزان محصول گندم را ۳۰ روز قبل از رسیدن محصول با استفاده از شاخص NDVI پیش بینی کنند.پیسک و همکاران(۲۰۱۵) به بررسی وضعیت سلامت پوشش جنگلی با استفاده از شاخص NDVI پرداختند.آنها با استفاده از برداشت های میدانی و شاخص پوشش گیاهی نرمال شده به بررسی وضعیت سلامت گیاهان منطقه هیاتلان پرداختند.

  1. منطقه مورد مطالعه:

منطقه مورد مطالعه شامل شهرستان های شبستر، اسکو، آذرشهر و عجب شیر می باشد که همگی جز شهرستان های استان آذربایجان شرقی بوده و در قسمت شرقی دریاچه ارومیه قرار گرفته اند.از نقطه نظر جغرافیایی منطقه مورد مطالعه بین عرض های ۳۷ درجه و ۲ دقیقه تا ۳۸ درجه و ۴ دقیقه شمالی و طول های ۴۴ درجه و ۹ دقیقه تا ۴۶ درجه و ۳ دقیقه شرقی قرار دارد.این منطقه از کشور اقلیمی نیمه خشک داشته ولی به شدت از ارتفاعات منطقه متاثر می شود.کمترین ارتفاع این منطقه ۱۲۳۶ متر از سطح دریا ارتفاع دارد و مرتفع ترین منطقه این نقطه ۳۴۳۴ متر از سطح دریا ارتفاع دارد.نقشه منطقه مورد مطالعه در شکل ۱ نمایش داده شده است.

E:\darsi\Karshenasi Arshad\93-94\term1\Dr rostamzadeh\Modeling\site study.png

شکل شماره ۱: نقشه موقعیت منطقه مورد مطالعه

  1. مواد و روش ها:

برای انجام این تحقیق از تصاویر ماهواره ای لندست ۵ و ۸ مربوط به سال های ۱۹۸۴ و ۲۰۱۵ میلادی استفاده شده است.همچنین از نرم افزار ENVI 4.8 جهت پردازش تصاویر ماهواره ای و از نرم افزارهای Arc GIS 10.3 و Excel 2010 جهت تجزیه و تحلیل های آماری استفاده شده است.

جدول شماره ۱: مواد مورد استفاده تحقیق

تصویر ماهواره ای لندست ۵ مربوط به سال ۱۹۸۴ میلادی

تصویر ماهواره ای لندست ۸ مربوط به سال ۲۰۱۵ میلادی
نرم افزار ENVI 4.8
نرم افزار Arc GIS 10.3
نرم افزار Excel 2010

در این تحقیق ابتدا تصحیحات رادیومتریکی بر روی تصاویر ماهواره ای انجام شد و سپس شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) با استفاده از فرمول این شاخص در نرم افزار ENVI 4.8محاسبه شد.

رابطه (۱) فرمول شاخص پوشش گیاهی نرمال شده:

در ادامه تصویر حاصل از محاسبه شاخص NDVI را در بازه های ۲/. تا ۳/. ، ۳/. تا ۴/. ، ۴/. تا ۵/. ، ۵/. تا ۶/. ، ۶/. تا ۷/. و ۷/. تا ۸/. طبقه بندی کرده و هر کدام در قالب تصاویر جداگانه ذخیره شدند.در ادامه تصاویر حاصله در محیط نرم افزارهای Arc GIS 10.3 و Excel 2010 مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفتند و تحلیل Geostatistical Analysis بر روی تصاویر اجرا شد و شاخص های آماری تصاویر استخراج شدند.

  1. نتایج:

شاخص های آماری تصاویر ماهواره ای بیانگر این موضوع است که حداکثر شاخص NDVI در سال ۱۹۸۴میلادی ۷۳/. بوده است در حالی که این حداکثر شاخص در سال ۲۰۱۵ میلادی به ۶۳/. کاهش یافته است.همچنین بیشترین مقدار پوشش گیاهی در سال ۱۹۸۴ و ۲۰۱۵ میلادی در محدوده ۲/. تا ۳/. می باشد.کمترین مقدار پوشش گیاهی در سال ۱۹۸۴ در محدوده ۷/. تا ۸/. می باشد در حالی که در سال ۲۰۱۵ در محدوده ۷/. تا ۸/. هیچ پوشش گیاهی وجود ندارد.میانگین میزان پوشش گیاهی در سال ۱۹۸۴ در کمترین حد خود ۲۴۴/. می باشد و در بیشترین میزان خود ۷۱۱/. می باشد، همچنین میانگین پوشش گیاهی در سال ۲۰۱۵ میلادی در کمترین حد خود ۲۴۲/. و در بیشترین حد خود ۶۰۸/. می باشد.شاخص های آماری مربوط به دو تصویر در ادامه نشان داده شده است.

جدول شماره ۲: آماره های مربوط به هر بازه از شاخص NDVI سال ۱۹۸۴

شاخص NDVI Min Max Mean Median Mode Std Dev Fi Area (sq m)
محدوده ۰٫۲ – ۰٫۳ ۰٫۲ ۰٫۲۹۹۴۴ ۰٫۲۴۴ ۰٫۲ ۰٫۲ ۰٫۰۲۹ ۱۴۳۹۰۰ ۱۳۴۸۸۵۷۰۰
محدوده ۰٫۳ – ۰٫۴ ۰٫۳ ۰٫۳۹۸۹۱ ۰٫۳۴۷ ۰٫۳ ۰٫۳ ۰٫۰۲۹ ۹۶۷۶۵ ۸۷۸۵۷۱۰۰
محدوده ۰٫۴ – ۰٫۵ ۰٫۴ ۰٫۴۹۷۲۷ ۰٫۴۴۳ ۰٫۴ ۰٫۴ ۰٫۰۲۸ ۶۰۲۷۴ ۵۷۸۵۷۴۰۰
محدوده ۰٫۵ – ۰٫۶ ۰٫۵۰۲۶۵ ۰٫۵۹۷۷۷ ۰٫۵۳۷ ۰٫۵۰۲۶۵ ۰٫۵۰۲۶۵ ۰٫۰۲۵ ۱۹۵۴۶ ۱۷۵۹۱۴۰۰
محدوده ۰٫۶ – ۰٫۷ ۰٫۶ ۰٫۶۹۹۳۵ ۰٫۶۲۶ ۰٫۶ ۰٫۶ ۰٫۰۲۲ ۲۰۷۰ ۲۰۲۰۵۰۰
محدوده ۰٫۷ – ۰٫۸ ۰٫۷۰۰۶ ۰٫۷۳۰۰۶ ۰٫۷۱۱ ۰٫۷۰۰۶ ۰٫۷۰۰۶ ۰٫۰۰۸ ۲۳ ۲۲۵۰۰

جدول شماره ۳: آماره های مربوط به هر بازه از شاخص NDVI سال ۲۰۱۵

شاخص NDVI Min Max Mean Median Mode Std Dev Fi Area(sq m)
محدوده ۰٫۲ – ۰٫۳ ۰٫۲ ۰٫۳ ۰٫۲۴۲ ۰٫۲ ۰٫۲ ۰٫۰۲۹ ۲۴۳۶۶۱ ۲۲۳۹۹۴۷۰۰
محدوده ۰٫۳ – ۰٫۴ ۰٫۳ ۰٫۳۹۹۹۹ ۰٫۳۴۷ ۰٫۳ ۰٫۳ ۰٫۰۲۸ ۱۴۶۴۶۹ ۱۳۳۵۴۰۲۰۰
محدوده ۰٫۴ – ۰٫۵ ۰٫۴ ۰٫۴۹۹۹۷ ۰٫۴۳۲ ۰٫۴ ۰٫۴ ۰٫۰۲۴ ۴۷۷۲۴ ۴۴۸۱۶۴۰۰
محدوده ۰٫۵ – ۰٫۶ ۰٫۵۰۰۰۳ ۰٫۵۹۸۱۵ ۰٫۵۲۸ ۰٫۵۰۰۰۳ ۰٫۵۰۰۰۳ ۰٫۰۲۱ ۳۲۹۰ ۳۱۱۷۶۰۰
محدوده ۰٫۶ – ۰٫۷ ۰٫۶۰۰۰۵ ۰٫۶۴۱۴۲ ۰٫۶۰۸ ۰٫۶۰۰۰۵ ۰٫۶۰۰۰۵ ۰٫۰۱ ۱۸ ۱۹۸۰۰
محدوده ۰٫۷ – ۰٫۸ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰

در ادامه آماره های مربوط به تحلیل Geostatistical Analysis نمایش داده شده است.

C:\Users\meisam\Desktop\3.png

شکل شماره ۲: تحلیل Geostatistical تصویر سال ۱۹۸۴

C:\Users\meisam\Desktop\1.png

شکل شماره ۳: تحلیل Geostatistical تصویر سال ۲۰۱۵

همانطور که مشخص است بیشترین فرکانس در شاخص پوشش گیاهی سال ۱۹۸۴ میلادی در محدوده ۲ تا ۲٫۵ می باشد و کمترین فرکانس آن در محدوده ۶٫۵ تا ۷ می باشد، همچنین بیشترین فرکانس در شاخص پوشش گیاهی سال ۲۰۱۵ میلادی در محدوده ۲ تا ۲٫۴ می باشد و کمترین فرکانس آن در محدوده ۵٫۶ تا ۶ می باشد.

تصاویر طبقه بندی شده مربوط به پوشش گیاهی منطقه طی دو دوره مورد مطالعه در ادامه نمایش داده شده است.

C:\Users\meisam\Desktop\1.png

تصویر طبقه بندی شده سال ۱۹۸۴ میلادی.

C:\Users\meisam\Desktop\2.png

تصویر طبقه بندی شده سال ۲۰۱۵ میلادی.

  1. نتیجه گیری:

همانطور که نتایج شاخص NDVI نشان می دهد بیشترین میزان پوشش گیاهی در هر دو سال ۱۹۸۴ و ۲۰۱۵ میلادی در محدوده ۲/. تا ۳/. می باشد که این محدوده نشان دهنده مناطق با پوشش گیاهی فقیر می باشد و کمترین مقدار پوشش گیاهی در سال ۱۹۸۴ در محدوده ۷/. تا ۸/. می باشد و کمترین مقدار در سال ۲۰۱۵ نیز در همین محدوده می باشد که این نتایج نشان دهنده این موضوع می باشد که محدوده مورد مطالعه از لحاظ پوشش گیاهی فقیر می باشد و همچنین طی این بازه زمانی نیز از لحاظ پوشش گیاهی قوی فقیرتر شده و در محدوده ۷/. تا ۸/. هیچ پوشش گیاهی وجود ندارد در حالی که در این محدوده در سال ۱۹۸۴ به میزان ۲۲۵۰۰ مترمربع پوشش گیاهی قوی مثل باغات و پوشش گیاهی متراکم وجود داشته است.همچنین میزان پوشش گیاهی فقیر در سال ۲۰۱۵ نسبت به سال ۱۹۸۴ افزایش یافته است و این امر توجه بیشتر مسولان را به منطقه از لحاظ پوشش گیاهی طلب می کند.زیرا کاهش پوشش گیاهی قوی به منزله از بین رفتن باغات و درختان متراکم می باشد که با توجه به اهمیت درختان در تلطیف آب و هوای منطقه و به طور کلی اکوسیستم منطقه باید توجه بیشتری به امر نگه داری پوشش گیاهی منطقه شود.

  1. منابع:
  2. باعقیده م، علیجانی ب، ضیائیان پ،۱۳۹۰،بررسی امکان استفاده از شاخص پوشش گیاهی NDVI در تحلیل خشکسالی های استان اصفهان، مطالعات جغرافیایی مناطق خشک،سال اول،شماره چهارم،تابستان۱۳۹۰، صص ۱-۱۶٫
  3. رسولی ع، ۱۳۸۹، اصول سنجش از دور کاربردی با تاکید بر پردازش تصاویر ماهواره ای، تبریز، انتشارات دانشگاه تبریز.
  4. سلیمی کوچی ح، صاحبی م، آبکار ع، ولدان زوج م، ۱۳۹۲، استخراج درصد پوشش گیاهی در محیط شهری با استفاده از تصاویر سنجش از دور، بیستمین همایش ملی ژئوماتیک،اردیبهشت۱۳۹۲،تهران.
  5. Mariano F.Lopresti, Carlos M. Di Bella, Americo J.Degioanni, 2015, Relationship between MODIS-NDVI data and wheat yield: A case study in northern buenos aires province Argentina, Information processing in agriculture 2 (2015) 73-84.
  6. Meera Gandhi.G, Parthiban S, Thummalu N, Christy A, 2015, NDVI: Vegetation change detection using remote sensing and GIS- A case study of vellore district, Procedia computer science 57 (2015) 1199-1210.
  7. Pisek J, Rautiainen M, Nikopensius M, Raabe K, 2015, Estimation of seasonal dynamics of understory NDVI in northern forests using MODIS BRDF data: Semi-empirical versus physically-based approach, Remote Sensing of Environment 163 (2015) 42-47.

طی دهه های گذشته با افزایش نرخ جمعیت در شهرهای بزرگ و کوچک، کاربری اراضی در اطراف بسیاری از شهرها و شهرستانها دچار تغییرات عمده ای شده است و عمده کاربری های کشاورزی و فضای سبز و به طور کلی پوشش گیاهی از میان رفته است. طی این مقاله تغییرات پوشش گیاهی شهرستان های حوزه شرقی دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) طی یک دوره 31 ساله، بین سالهای 1984 تا 2015 میلادی با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 5 و 8 بررسی شده است.پس از محاسبه شاخص NDVI، به انجام تجزیه و تحلیل های آماری بر روی تغییرات به وجود آمده پرداخته شده است.نتایج نشان می دهد میزان پوشش گیاهی منطقه از 300234600 مترمربع در سال 1984 میلادی به 67588650 مترمربع در سال 2015 میلادی کاهش یافته است، همچنین میزان پوشش گیاهی کم تراکم (شاخص NDVI بین 2/. تا 3/.) از 134885700 مترمربع در سال 1984 به 223994700 مترمربع افزایش یافته است و میزان پوشش گیاهی پرتراکم (شاخص NDVI بین 6/. تا 7/.) از 2020500 مترمربع در سال 1984 به 19800 مترمربع در سال 2015 کاهش یافته است که این امر نشان دهنده کاهش مناطق با پوشش گیاهی متراکم(باغات) و افزایش مناطق با پوشش گیاهی کم تراکم(مراتع) می باشد.

مطالب مرتبط