ارزیابی همبستگی شاخص‌های گیاهی با متغیرهای هواشناسی و بیولوژیکی با استفاده از سامانه گوگل ارث انجین

سابقه و هدف: پوشش گیاهی طبیعی جزء حیاتی مدل‌های تغییر اکوسیستم و اقدامات حفاظتی است. پژوهش حاضر به بررسی پویایی مکانی-زمانی شاخص گیاهی تفاضلی نرمال شده (ndvi) و شاخص پوشش گیاهی بهبود یافته (evi) با شاخص‌های جوی مانند بارش(p) و خشکسالی(mspi)؛ شاخص بیولوژیکی مانند تبخیر و تعرق(et) و رطوبت خاک (sm)؛ و شاخص خاک، پارامتر دمای سطح زمین(lst) به کمک تصاویر ماهواره‌ای در سامانه گوگل ارث انجین طی بازه زمانی 1378- 1400 در استان هرمزگان می‌پردازد.مواد و روش‌کار: به منظور ارزیابی شاخص‌های گیاهی با متغیرهای اقلیمی و بیولوژیکی از تصاویر سامانه گوگل ارث انجین استفاده شد. شاخص‌های ndvi و evi، تبخیر و تعرق و دمای سطح زمین از تصاویر ماهواره‌ای terra 16 روزه و رطوبت سطح خاک (0-10سانتی متر) از نقشه‌های خاک (open land map)، طی بازه زمانی 1378/10/12 الی 1400/10/12 با برنامه نویسی توابع برای منطقه به‌صورت ماهانه استخراج شد. بارش و شاخص خشکسالی mspi به کمک آمار 22 ساله ایستگاه‌ها تهیه شد. با روش زمین آمار کریجینگ نقشه‌هم‌بارش در نرم‌افزارarcgis تهیه شد. با روش pca خشکسالی شاخص در نقاط مختلف با نرم‌افزار spss محاسبه گردید. به منظور درک بهتر تغییرات زمانی شاخص‌های گیاهی آنومالی آنها طی دو دهه استخراج شد. همبستگی و روند تغییرات پارامترها با روش اسپیرمن و من-کندال محاسبه شد. یافته‌ها: ضریب همبستگی اسپیرمن و روندیابی روش من-کندال بین دو شاخصndvi وevi در سطح 99 درصد به‌ترتیب 84/0 و 67/0 معناداراست. پراکنش زمانی شاخص‌های گیاهی نشان داد تغییرات سالانه و ماهانه آنها با میزان کشت پاییزه مطابقت دارد. طبق اقلیم گرم و خشک استان بیشتر بارش‌ها مربوط به دی تا اسفندماه است. ازاین رو شاخص‌ها طی ماه‌های دی، اسفند و فروردین بیشترین مقادیر را داشته‌اند. این بازه منطبق با فصل کشت و برداشت محصولات کشاورزی است و گیاهان به عالی-ترین مرحله رشد خود رسیده است. نتایج نشان داد تغییرات مکانی شاخص‌های گیاهی منطبق برمناطق پربارش و حاشیه روخانه‌ها و اراضی کشاورزی و باغی است. رابطه معکوس و معنادار بین شاخص‌های پوشش گیاهی و دمای سطح زمین بیانگر افزایش پوشش گیاهی همراه با کاهش دما و برعکس است. همپوشانی مناسب پهنه‌های بارش و شاخص خشکسالی mspi با توزیع مکانی شاخص-های گیاهی و دمای سطح زمین و رطوبت خاک بیانگر نقش تعیین کننده بارش در مناطق خشک و نیمه‌خشک است. نتایج آنومالی شاخص‌ها نشان داد طی بازه 1378-1389به‌دلیل وجود خشکسالی‌های مکرر و شدید همبستگی مثبت ضعیفی وجود دارد. در دهه‌ی دوم 1389-1400 به دلیل کاهش شدت خشکسالی، شاخص‌ها همبستگی قوی معناداری از خود نشان دادند. طبق نمودار شاخص خشکسالی mspi مناطق غربی، مرکزی و بخش‌هایی در شرق با بیشترین مقادیر خشکسالی و کمبود بارش، پایین‌ترین مقدار شاخص-های گیاهی را به خود اختصاص داده‌اند. نتیجه‌گیری: گستردگی وسعت منطقه سبب تمرکز بیشتر شاخص‌های پوشش گیاهی در برخی مناطق شده است. بیشترین مقادیر ndvi و evi در گستره‌ی حاشیه رودخانه‌ها و منابع آبی است. این مناطق منطبق با مراکز کشاورزی در دشت‌های رودان، میناب، شمیل و تخت و بخش‌هایی از حاجی‌آباد که از نظر جغرافیایی مناطق شمال‌شرقی و بخش‌هایی از شمال است. افزایش هر یک از شاخص‌های گیاهی بیانگر افزایش وسعت و فراوانی آنها است. ولی کاهش هریک به دلیل چند وجهی بودن ارتباط گیاه با عوامل جوی، خاکی و کاربری معرف ناهمگن شدن منطقه است. روند پویایی پوشش گیاهی و ارتباط آنها با سایر عوامل باید در دراز مدت مورد مطالعه قرار گیرد تا یک الگو ایجاد شود. این مطالعه تاحد امکان و با توجه دردسترس بودن یک مجموعه داده انجام شده است. مطالعات بلندمدت را می‌توان با استخراج متغیرهای تجربی در سطح منطقه‌ای و به منظور تاثیر رشد جمعیت برمنطقه نیز انجام داد. یافته‌های این مطالعه می‌تواند به مطالعات آتی مرتبط با پوشش گیاهی و ارتباط آن با سایر عوامل، حفاظت از طبیعت و تخصیص منابع کمک کند.

evaluation of the correlations of plant indices with atmospheric and biological variables using the google earth engine

background and purpose: natural vegetation is a vital component of ecosystem change models and conservation measures. the current study investigates the spatio-temporal dynamics of normalized differential vegetation index (ndvi) and improved vegetation index (evi) with atmospheric indices such as precipitation (p) and multivariate standardized precipitation index (mspi); biological index such as evapotranspiration (et) and soil moisture (sm); and soil index, land surface temperature parameter (lst) with the help of satellite images in google earth engine system during 2000-2021 in hormozgan province.materials and methods: google earth engine system images were used to evaluate plant indices with climatic and biological variables. ndvi and evi indices, evaporation and transpiration and earth surface temperature from 16-day terra satellite images and soil surface moisture (0-10 cm) from open land map, during the period from 2000-2021 were extracted monthly by programming functions for the region. rainfall and mspi drought index were prepared with the help of 22-year statistics of the stations. a precipitation map was prepared using the kriging geostatistics method in arcgis software. using the pca method, the drought index was calculated in different places with spss software. in order to better understand the changes in time, their anomaly plant indices were extracted over two decades. correlation and change trend of parameters were calculated by spearman and mann-kendall method.findings: spearman’s correlation coefficient and man-kendall’s trending method between ndvi and evi indices are significant at the 99% level of 0.84 and 0.67, respectively. the time distribution of plant indices showed that their annual and monthly changes are consistent with the amount of autumn cultivation. according to the hot and dry climate of the province, most of the rains are from january to march. the indices had the highest values during the months of january, march and april. this period corresponds to the season of planting and harvesting agricultural products, and the plants have reached their highest growth stage. results showed the spatial changes of the plant indices correspond to the high rainfall areas and the edges of rivers and agricultural and garden lands. the appropriate overlap of precipitation zones and mspi drought index with the spatial distribution of plant indices, ground surface temperature, and soil moisture indicates the determining role of precipitation in arid and semi-arid regions. the anomaly results showed that there is a weak positive correlation during the period of 2011-2000 due to frequent and severe droughts. in the second decade of 2011-2021, due to the decrease in the severity of the drought, the indicators showed a significantly strong correlation. according to the mspi drought index, the western, central and eastern regions with the highest amounts of drought and lack of rainfall have the lowest amount of plant indices.conclusion: the expansion of the area has caused more concentration of vegetation indicators in some areas. the highest values of ndvi and evi are in the area along the banks of rivers and water sources. these areas correspond to agricultural centers in the plains of rodan, minab, shamil and takht and parts of haji abad, which are geographically in the north-eastern regions and parts of the north. vegetation dynamic trends and their relationship with other factors should be studied in the long term to establish a pattern. this study has been done as much as possible and according to the availability of a data set. long-term studies can be done by extracting experimental variables at the regional level and in order to influence the population growth on the region. the findings of this study can help future studies related to vegetation and its relationship with other factors, nature protection and resource allocation.