دانلود پروژه:پایش خشکسالی با استفاده همزمان از تصاویر نوری و راداری

دانشکده مهندسی عمران و نقشه­برداری

پایش خشکسالی با استفاده همزمان از تصاویر نوری و راداری

چکيده

در دهه‌های اخیر در میان حوادث طبیعی که جمعیت انسانی را تحت تأثیر قرار داده‌اند، تعداد و فراوانی پدیده‌های خشکسالی بیش از سایر حوادث بوده است. تمایز این پدیده با سایر بلایای طبیعی در این است که بر خلاف سایر بلایا این پدیده به تدریج و دریک دوره زمانی نسبتاً طولانی عمل کرده و اثرات آن ممکن است پس از چندسال و با تأخیر بیشتری نسبت به سایر حوادث طبیعی ظاهر شود. بنابراین چون تعیین دقیق زمان شروع آن کارمشکلی است تا حدودی آن را پدیده و بلیه خزنده می‌دانند. این فرآیند پیچیده به 4 دسته خشکسالی هواشناسی، خشکسالی کشاورزی، خشکسالی هیدرولوژیکی و خشکسالی اجتماعی و اقتصادی تقسیم می‌شود. علاوه بر این هر خشکسالی دارای 4 خصوصیت عمده می‌باشد که عبارتند از دوره تداوم، شدت، فراوانی و گستره. این خصوصیات در هر مطالعه خشکسالی مورد بررسی قرار می‌گیرند. کشور ایران با قرار گرفتن در منطقه خشک جهان همواره در معرض وقوع پدیده خشکسالی است. پایش خشکسالی و بررسی احتمال وقوع آن با استفاده از شاخص‌های هواشناسی در عین عدم وجود اطلاعات کافی به دلیل زمانبر بودن، هزینه بالا، توزیع نامناسب ایستگاه‌های هواشناسی و وجود گپ بین آن‌ها در برخورد با مطالعات در ابعاد کلان کاربرد مدنظر را نخواهد داشت. به واسطه همین دلایل و بسیاری دیگر سنجش از دور به عنوان یک تکنولوژی کارآمد دراین زمینه مورد توجه بسیاری از محققین در این حوزه قرار گرفته است.

در این پژوهش هدف، استفاده از  شاخص‌های ترکیبی خشکسالی (CDIs) حاصل از داده‌های چندین سنجنده به جای شاخص‌های خشکسالی منفرد حاصل از داده‌های یک سنسور در پایش خشکسالی هواشناسی و کشاورزی استان اصفهان در طی فصل رشد برای سال‌های 2003 تا 2011 می‌باشد. در ابتدا شاخص‌های خشکسالی منفرد (VCI، TCI، PCI و SMCI) حاصل از منابع مختلف داده‌های ماهواره‌ای به منظور بررسی توانایی این شاخص‌ها در پایش خشکسالی در استان اصفهان با مقیاس‌های زمانی مختلف شاخص هواشناسی SPI با استفاده از برقراری همبستگی پیرسون مقایسه گردید و بدین ترتیب کاربرد هر شاخص در پایش انواع خشکسالی آشکار شد. به طور کلی از نتایج حاصل از همبستگی شاخص‌های سنجش از دوری منفرد با شاخص SPI دریافت شد که این شاخص‌ها جهت پایش خشکسالی هواشناسی و کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک (استان اصفهان) مناسب می‌باشند. سپس به منظور بررسی توانایی شاخص‌های ترکیبی خشکسالی (CDIs)، این شاخص‌ها  به سه روش استفاده از وزن‌های تجربی، بهینه‌سازی مقید و روش آنالیز مؤلفه اصلی محاسبه گردید. با توجه به نتایج حاصل از همبستگی‌ شاخص‌های سنجش از دوری منفرد، جهت محاسبه شاخص‌های ترکیبی خشکسالی هواشناسی (CMDIs) از شاخص‌های PCI، SMCI و TCI استفاده شد. این در حالی است که از این شاخص‌ها به همراه شاخص VCI در محاسبه شاخص‌های ترکیبی خشکسالی کشاورزی (CVDIs) استفاده گردید. بدین ترتیب از داده‌های سنجنده TRMM به عنوان مؤلفه‌ای برای بارش، داده‎‌های LST (سنجنده مودیس) به عنوان مؤلفه‌ای برای دمای سطح زمین، داده‌های NDVI (سنجنده مودیس) به عنوان مؤلفه‌ای برای پوشش گیاهی و از داده‌های سنجنده AMSR-E به عنوان مؤلفه‌ای برای رطوبت موجود در خاک استفاده می‌شود. سپس همبستگی بین شاخص‌های ترکیبی خشکسالی حاصل از این سه روش و مقیاس‌های زمانی مختلف شاخص SPI در محل ایستگاه‌های هواشناسی استان اصفهان طی فصل رشد گیاه در دوره مطالعاتی این پژوهش محاسبه گردید. نتایج نشان داد که شاخص بهینه شده ‌خشکسالی هواشناسی (OMDI) و شاخص بهینه شده خشکسالی کشاورزی (OVDI) نتایج بهتری نسبت به شاخص‌های خشکسالی سنجش از دوری منفرد و دیگر شاخص‌های ترکیبی خشکسالی از خود نشان می‌دهند. روش بهینه‌سازی مقید وزن‌های  بهینه هر شاخص سنجش از دوری در تولید شاخص‌های ترکیبی را محاسبه می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین همبستگی بین شاخص OMDI و شاخص SPI-1  وجود دارد و این نشان دهنده‌ی توانایی شاخص OMDI در پایش خشکسالی هواشناسی در استان اصفهان می‌باشد. علاوه براین شاخص OVDI با شاخص SPI-9 همبستگی بالایی دارد که این بیان کننده‌ی پتانسیل این شاخص در پایش خشکسالی کشاورزی است. سپس به منظور پایش خشکسالی در سطح استان اصفهان، نقشه‌های خشکسالی هواشناسی و کشاورزی حاصل از این دو شاخص برای ماه آوریل دوره مطالعاتی (2011-2003) و ماه‌های مارس تا سپتامبر سال 2011 ترسیم گردید. این نقشه‌ها الگوهای مکانی و  تغییرات زمانی مشابهی با مقادیر شاخص SPI از خود نشان دادند. هر دو این شاخص‌ها رخداد خشکسالی در سال‌های 2005،  2008 و 2011 را تأیید کردند. در واقع با ترسیم این نقشه‌ها زمان شروع، طول مدت، شدت، زمان پایان و همچنین الگوی مکانی و زمانی خشکسالی پایش شد. به منظور صحت سنجی این دو شاخص، مقادیر این شاخص‌ها برای ماه آوریل سا‌ل‌های مطالعاتی با مقادیر شاخص‌های SPI-1 و SPI-9 مقایسه گردید. نتایج حاصل از این مقایسه نشان‌دهنده‌ی مطابقت زمانی بالای این دو شاخص با شاخص SPI می‌باشد. سپس مقایسه‌ای میان مجموع بارش و میانگین بلندمدت بارش در10 ایستگاه سینوپتیک در استان اصفهان صورت گرفت. در این مقایسه سال‌های وقوع خشکسالی تشخیص داده شده توسط شاخص OMDI دارای مجموع بارش بسیار کمتر از میانگین بلند مدت بودند و این خود حاکی از توانایی شاخص OMDI در پایش خشکسالی هواشناسی است. همچنین نمودار تغییر عملکرد گندم و جو دیم استان و تغییرات سالانه شاخص OVDI  ترسیم گردید. در این نمودار سال‌های 2005، 2008 و 2011 دارای کمترین عملکرد میزان گندم و جو در سطح استان اصفهان بودند. این موضوع با نتایج شاخص OVDI کاملاً مطابقت داشت. علاوه بر این، این دو نمودار کاملاً روند مشابهی را نشان دادند. این مطالعه توانایی شاخص‌های بهینه شده ترکیبی خشکسالی حاصل از ترکیب اطلاعات تصاویر ماهواره‌ای نوری و راداری را در پایش جامع خشکسالی هواشناسی و کشاورزی استان اصفهان آشکار نمود.