ارزیابی خشکسالی در حوضه قره‌سو با استفاده از شاخص‌های هواشناسی، هیدرولوژیکی و سنجش‌ازدور

زینالی, بتول; فریدپور, مجتبی

doi:10.22111/jneh.2021.36028.1708

ارزیابی خشکسالی در حوضه قره‌سو با استفاده از شاخص‌های هواشناسی، هیدرولوژیکی و سنجش‌ازدور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار اقلیم شناسی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

² دکتری آب و هواشناسی، دانشکده علوم اجتماعی ، دانشگاه محقق اردبیلی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

10.22111/jneh.2021.36028.1708

چکیده

هدف از پژوهش حاضر بررسی خشکسالی از جنبه‌های هواشناسی، هیدرولوژیکی و سنجش‌ازدور در حوضه قره‌‌سو واقع در استان اردبیل با مساحتی حدود 495 کیلومترمربع است؛ بنابراین، به‌منظور محاسبه خشکسالی هواشناسی (شاخص SPI) از مقادیر بارندگی ماهانه مربوط به 22 ایستگاه باران‌سنجی در بازه زمانی 30 ساله (2015-1985) و برای محاسبه خشکسالی هیدرولوژیکی (شاخص SDI) از مقادیر دبی ماهانه 14 ایستگاه هیدرومتری از سال 1985 تا 2015(30 سال) استفاده شد. در ادامه شاخص‌‌های SPI و SDI، در بازه‌‌های زمانی 1، 3، 6، 9 و 12 ماهه، همچنین به‌صورت فصلی و نیم سال آبی با یکدیگر مقایسه شدند. جهت بررسی خشکسالی پوشش گیاهی و محاسبه شاخص‌های NDVI, VCI، از تصاویر MOD13 A1 v6 سنجنده MODIS، با توان تفکیک مکانی 500 متر در بازه زمانی 15 ساله (2015-2000) استفاده شد. نتایج سری زمانی خشکسالی هواشناسی در قره‌‌سو نشان داد که خشکسالی در سال‌های (2001-2000، 2006-2005، 2008-2007 و 2014-2013) به‌صورت فراگیر رخ‌داده است. به‌طوری‌که بیشترین پهنه‌های درگیر خشکسالی مربوط به نواحی شمال و شمال شرق حوضه(ایستگاه‌های نمین و ابرکوه) بوده است. همچنین نتایج نشان داد که خشکسالی هواشناسی در سال‌های اخیر تداوم بیشتری داشته و به‌صورت محسوس با 1 تا 3 ماه تأخیر، بیشترین همبستگی را با خشکسالی هیدرولوژیکی داشته است. همچنین نقشه‌‌های پهنه‌بندی شاخص‌های NDVI وVCI نشان داد که در تشخیص دوره‌های خشکسالی و ترسالی با شاخص SPI همخوانی دارند اما مقادیر همبستگی آن‌ها متفاوت است. درنهایت مقایسه شاخص‌های NDVI وVCI با شاخص SPI نشان داد که شاخص VCIبا مقدار 44/0=r بیشترین همبستگی را با شاخص‌ SPI دارد. این در حالی است که مقدار همبستگی بین شاخص‌های NDVI وSPI برابر با 38/0=r می‌‌باشد. نتایج پهنه بندی شاخص VCI نشان داد که در شرایط خشکسالی شدید، تنها در شرق حوضه و در مناطق اطراف سبلان، شرایط مطلوب پوشش گیاهی مشاهده می شود، اما در دیگر مناطق حوضه، خشکسالی متوسط و ضعیف رخ داده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26764377.1401.11.31.5.2

موضوعات

مخاطرات محیط طبیعی

عنوان مقاله [English]

Evaluation of drought in the Gharasou basin using meteorological, hydrological, and remote sensing indices

نویسندگان [English]

Batool Zeynali ¹
Mojtaba Faridpour ²

¹ Associate Professor of Climatology, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardebili, Ardabil, Iran

² PH. D in Climatology, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardebili, Ardabil, Iran

چکیده [English]

The purpose of this study is to investigate drought using meteorological, hydrological, and remote sensing indicators in the Gharasou basin located in Ardabil province with an area of 495 square kilometers. Therefore, to calculate the SPI index was used monthly rainfall values related to 22 rainfall stations (1985-2015) and to calculate the SDI index, the monthly discharge values of 14 hydrometric stations (1985-2015). Then, SPI and SDI indices were compared with each other on a time scale of 1, 3, 6, 9, and 12 months, as well as seasonal and half a year. To study vegetation drought and calculate NDVI and VCI indices, were used MODIS images, with a spatial resolution of 500 meters for 15 years (2000-2015). The results of the meteorological drought time series in Gharasou showed that the drought occurred comprehensively in the years (2001-2000, 2006-2005, 2008-2007, and 2014-2013). So that the most affected areas of drought were related to the northern and northeastern of the basin (Namin and Abarkooh). The results showed that meteorological drought has been more persistent in recent years and has been significantly correlated with hydrological drought with a delay of 1 to 3 months. NDVI and VCI indices showed that in identifying drought periods, these indices are consistent with meteorological drought, but are different correlation values. Finally, the comparison of NDVI and VCI indices with the SPI index showed that the VCI index with a value of r = 0.44 has the highest correlation with the SPI index. However, the correlation between NDVI and SPI indices is r = 0.38. The results of the VCI index showed that in drought conditions, only in the east of the basin and in the areas around Sabalan mountain, favorable vegetation conditions are observed, but in other areas of the basin, moderate and weak drought has occurred.

کلیدواژه‌ها [English]

Drought monitoring
SPI
SDI
NDVI and VCI indices
Gharasou basin

مراجع

بذرافشان جواد، حجابی سمیه. (1396). خشکسالی: روش‌های پایش، انتشارات دانشگاه تهران. ص 224.

خدایی مهسا، شاد روزبه، مقصودی مهرانی یاسر، قائمی مرجان. (1395). تعیین یک شاخص بهینه چند سنسورِ سنجش‌ازدوری به‌منظور ارتقای فرایند پایش زمان واقعی خشکسالی در مناطقی با پوشش اراضی ناهمگن. اکو هیدرولوژی، دوره سوم، شماره سوم، صص 439-454.

رسولی، علی‌اکبر. (1387). مبانی سنجش‌ازدور کاربردی با تأکید بر پردازش تصاویر ماهواره‌ای، انتشارات دانشگاه تبریز، ص 806. رضایی بنفشه مجید، رضایی علی، فریدپور مجتبی. (1392). تحلیل خشکسالی کشاورزی استان آذربایجان شرقی با تأکید بر سنجش‌ازدور و شاخص وضعیت پوشش گیاهی، نشریه دانش آب‌وخاک. جلد 23 شماره 4، صص 131-141.

سلیمانی کریم، درویشی شادمان، فاطمه شکریان. (1398). تحلیل خشکسالی کشاورزی با استفاده از شاخص‌های سنجش‌ازدور (مطالعه موردی: شهرستان مریوان)، سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، شماره 2، دوره 10، 15-33.

مفیدی پور، نازنین. (1391). بررسی رابطه خشکسالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در حوضه آبخیز اترک، پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز، سال سوم، شماره پنجم، بهار و تابستان 1391، صص:26-16.

میرموسوی سید حسین، کریمی حمیده. (1392). مطالعه اثر خشکسالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS، مورد: استان کردستان، جغرافیا و توسعه، شماره 31، تابستان 1392، صص:76-57.

Barua, S., Ng, A.W.M., Perera, B.J.C. (2010). Comparative evaluation of drought indexes: case study on the Yarra River catchment in Australia, J WATER RES PL, 137(2:215-226.

Bhuiyan, C., Singh, R. P., Kkogan, F.N. (2006). Monitoring Drought Dynamics in the Aravalli Region (India) using Different Indices based on Ground and Remote Sensing data, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Vol. 8: 289-302.

Edwards, D.C., McKee, T. B. (1997). Characteristics of 20th-century drought in the United States at multiple time scales, Climatology Rep, 97–2, Department of Atmospheric Science, Colorado State University, Fort Collins, Colorado.

Gao, L., and Zhang, Y. (2016). Spatio-temporal variation of hydrological drought under climate change during the period 1960–2013 in the Hexi Corridor, China, Journal of Arid Land, 8(2), pp.157-171.

Gąsiorek, E., Musiał, E. (2015). Evaluation of the Precision of Standardized Precipitation Index (SPI) Based on Years 1954-1995 in Łódź. Journal of Ecological Engineering, 16:4.

Gumus, V., H.M. Algin. (2017). Meteorological and hydrological drought analysis of the Seyhan− Ceyhan River basins, Turkey. Meteorol, Appl 24(1): 62-73.

Kanellou, E., Tsiros, E., Omenikiotis, C., Dalezios, N. R. (2008). Meteorological and agrohydrological drought monitoring based on conventional and remotely sensed data. Geophysical research abstract

Kazemzadeh, M., and Malekian, A. (2016). Spatial characteristics and temporal trends of meteorological and hydrological droughts in northwestern Iran. Natural Hazards, 80(1):191-210.

Lloyd‐Hughes, B., Saunder, M.A. (2002). A drought climatology for Europe, International Journal of Climatology, 22(13), pp.1571-1592.

Mckee, B.T., Doesken, N. J., and Kleist, J. (1993). The Relationship of Drought Frequency and Duration to Time Scales, 8th Conference on Applied Climatology, Anaheim CA, American Meteorological Society, 17-22 January 1993: 179-184

McKee, T.B., Doesken, N.J., Kleist, J. (1993). The relationship of drought frequency and duration to time scales. In Proceedings of the 8th Conference on Applied Climatology (Vol. 17, No. 22, pp. 179-183). Boston, MA: American Meteorological Society.

Myronidis, D., Ioannou, K., Fotakis, D., and Dörflinger, G. (2018). Streamflow and Hydrological Drought Trend Analysis and Forecasting in Cyprus. Water Resources Management, 32(5):1759-1776.

Papathanasiou, C., Serbis, D., Mamassis, N. (2013). Flood mitigation at the downstream areas of a transboundary river. Water Util J, 3:33–42.

Radeva, K., Nikolova, N. and Gera, M. (2018). Assessment of hydro-meteorological drought in the Danube Plain, Bulgaria. Hrvatski geografski glasnik, 80(1), pp.7-25.

Rhee, J., Im, J., Carbone, G. J. (2010). monitoring agricultural drought for arid and humid regions using multi-sensor remote sensing data, Remote Sensing of Environment 114: pp. 2875–2887.

Rossi, G., Vega, T., Bonaccorso, B, Eds. (2007). Methods and tools for drought analysis and management (Vol. 62), Springer Science & Business Media.

Thenkabail, P. S., Gamage, M. S. D. N., Samakhtin, V, U. (2002). Evaluation of narrowband and broadband vegetation indices for determining optimal hyperspectral wavebands for agricultural crop characterization, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 68: pp.607–621.

Thenkabail, P.S., Enclona, E. A., Ashton, M. S., Legg, C., Jean De Dieu, M. (2004). The Use of Remote Sensing Data for Drought Assessment and Monitoring in Southwest Asia, International Water Management Institute, PO Box 2075, Colombo, Sri Lanka.

Tsakiris, G., Nalbantis, I., Vangelis, H., Verbeiren, B., Huysmans, M., Tychon, B., Jacquemin, I., Canters, F., Tucker, S. (1979). Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation, Remote Sensing of Environment 8: pp.127–150.

Wang, J., Price, K. P., Rich, P.M. (2002). spatial patterns of NDVI in response to precipitation and temperature in the central Great Plains, International Journal of Remote Sensing 22: pp. 3827–3844.

Wilhite, D.A. (2000). Drought: A Global Assessment, Vols, 1 and 2, Rout ledge, New York, USA.

Zeng X., Zhao, N., Sun, H., Ye, L., Zhai, J. (2015). Changes and relationships of climatic and hydrological droughts in the Jialing River basin, China. PloS one, 10(11), p.e0141648.