ارزیابی تاثیر وقوع خشکسالی بر تغییرات پوشش گیاهی حوضه کشکان لرستان با استفاده از داده های چندزمانه etm+ و oli لندست

سابقه و هدف : پوشش گیاهی یکی از مهمترین معیارهای موثر بر حیات اکولوژیکی محیط زیست است که با شرایط رطوبتی حوزه های آبخیز ارتباط مستقیمی دارد. برآورد شاخص های خشکسالی گیاهی از قبیل vci، tci،vhi تکنیک مناسبی برای ارزیابی اثرات وقوع خشکسالی بر حیات اکولوژیکی محیط زیست است که این شاخص ها از طریق محاسبه ndvi بدست می آیند. در این زمینه مطالعات متعدی صورت گرفته که نحوه محاسبه و بکار گیری این شاخص ها را بیان می کنند. با توجه به نتایج حاصل از مطالعات متعدد در ارتباط با ضرورت بکارگیری شاخص های خشکسالی گیاهی و اقلیمی، لذا هدف از این مطالعه ارزیابی تاثیر وقوع خشکسالی بر تغییرات پوشش گیاهی حوضه کشکان با استفاده از تصاویر ماهواره لندست می باشد.مواد و روش‌ها: در این تحقیق از شاخص های ndvi، tci، vci و vhi مستخرج از اطلاعات سنجنده های etm+ و oli (لندست 7 و 8) و اطلاعات بارندگی ایستگاه های هواشناسی محدوده استفاده گردید. برای استخراج شاخص های پوشش گیاهی از تصاویر سنجنده های لندست با قدرت تفکیک 30 متر در دو بازه زمانی 1999 و 2019 تهیه گردید. با استفاده از شاخص اقلیمی spi، سال‌های خشک و تر در دوره آماری مورد نظر تفکیک شدند. بر این اساس سال های 1999و 2019 به ترتیب به‌عنوان نماینده های سال های خشک و تر انتخاب شدند و در محیط نرم افزار envi به محاسبه شاخص‌های گیاهی پرداخته شد. داده‌های مربوط به تصاویر ماهواره ای از تصاویر چند زمانه لندست برای سال های 1999/2/17 و 2019/2/15 با سنجنده های etm+ و oli (لندست 7 و 8) از پایگاه اطلاعاتی usgs اخذ شد. با توجه به اینکه منطقه در گذرهای مختلف 165 و 166 قرار گرفته، از عملگر seamless mosaic در نرم افزار envi 5.3 برای موزائیک کردن تصاویر استفاده شد. داده ها با سطح تصحیح ها l1t( شامل تصحیح رادیومتریک در سطح سیستماتیک، تصحیح هندسی با استفاده از نقاط کنترل زمینی و همچنین، تصحیح خطا جابه جایی ناشی از توپوگرافی) از پایگاه اطلاعاتی usgs دریافت شد. نقشه توپوگرافی 1:25000 محدوده مطالعه برای کنترل تصحیح هندسی تصاویر ماهواره ای استفاده شد. در ادامه تصحیحات اتمسفری تصاویر با اعمال الگوریتم فلش در نرم افزار انجام گرفت و تصاویر برای استخراج شاخص های تحقیق آماده گردیدند.نتایج: پس از تهیه داده ها ، نقشه طبقه بندی شده مقدار شاخص های ndvi، vci، tci و vhi در سال‌های 1999 و 2019 تعیین گردید. براساس نتایج به دست آمده، در سال 1999، میزان پوشش گیاهی ضعیف بیشترین مقدار با مساحت 4869.7 کیلومتر مربع معادل 52.49 درصد مساحت منطقه و در سال 2019، بیشترین پوشش گیاهی متعلق به طبقه پوشش گیاهی خوب با مساحت 3311.4 کیلومتر مربع معادل 35.69 درصد مساحت منطقه را در برگرفته است. نتایج شاخص vci نشان می دهند که وضعیت پوشش گیاهی در سال 1999 مناسب بوده است و 4749.1 کیلومترمربع از مساحت منطقه، شرایط بدون خشکسالی را تجربه کرده اند. علاوه بر این، به ترتیب 4034.9، 111.3 و 83.5 کیلومترمربع از مساحت منطقه دارای شرایط خشکسالی ملایم، خشکسالی شدید و خشکسالی بسیار شدید بوده اند. در سال 2019 بر اساس شاخص vci، 7531.8 کیلومترمربع حوضه یعنی 81.2 درصد مساحت منطقه، از نظر وضعیت پوشش گیاهی دارای شرایط بدون خشکسالی می باشند. مطابق نتایج tciدر سال 1999، بخش های محدودی از مناطق غربی و جنوب غربی حوضه با مساحت 742.1 و 278.3 کیلومترمربع به ترتیب دارای شرایط خشکسالی شدید و بسیار شدید بودند، در سال 2019 از نظر حرارتی، در 3005 کیلومترمربع از سطح منطقه در بخش های شمال، مرکز و جنوب شرقی حوضه، شرایط بدون خشکسالی حاکم بوده است. بر اساس نتایج vhi، در سال 1999، حدود 102 و 1159 کیلومتر مربع از مساحت منطقه به ترتیب دارای شرایط خشکسالی شدید و متوسط بوده اند و در منطقه خشکسالی بسیار شدید رخ نداده است. در سال 2019 خشکسالی بسیار شدید رخ نداده است و در کل وضعیت بسیار مناسبی برای پوشش گیاهی حاکم بوده است. نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که بر اثر خشکسالی، میزان تراکم پوشش گیاهی حوضه کاهش معنی داری داشته و مقدار پوشش گیاهی با افت شدید مواجه می باشد و از مقادیر 0.3 در زمان تر سالی به میزان 0.09 در زمان خشکسالی تنزل دارند. بر اساس شاخص vhi، که بیانگر وضعیت سلامت پوشش های گیاهی تحت تاثیر خشکسالی است و برآوردی از دو شاخص vci و tci می باشد در سال 1999 مناطق شرق، غرب و جنوب غرب خشکسالی متوسط تا شدید را داشته اند و دیگر مناطق حوضه دارای خشکسالی ملایم بوده اند. همچنین در سال 2019 از نظر سلامت پوشش گیاهی، در بیشتر مناطق حوضه، پوشش گیاهی تحت شرایط بدون خشکسالی بوده و دچار استرس خشکی نبوده اند. به طور کلی، نتایج نشان داد که شاخص های پوشش گیاهی ndvi، vci، tci،vhi و شاخص spi توانایی بالایی در تعیین مناطق و پوشش های گیاهی حساس و آسیب‌پذیر در دوره های خشکسالی دارد.

Drought Effects on Vegetation Changes in Kashkan Basin of Lorestan Using ETM + and OLI Landsat Data

Background and objectives: Vegetation is one of the most important elements of an ecosystem, which is directly related to the moisture conditions of the land. Estimation of plant drought indices such as VCI, TCI, VHI is an effective tool to assess the effects of drought by calculating NDVI. In this regard, several studies have been conducted that explain how to calculate and use these indicators. The purpose of this study was to investigate the effect of drought on vegetation in Kashkan basin of Lorestan using Landsat satellite images and rainfall data.Methodology: Rainfall data of Kashkan basin stations during the statistical period of 1999 to 2019 were collected from the Meteorological Organization. Landsat Satellite images for the years of 1999 and 2019 from ETM and OLI sensors (L Needs 7 and 8) were obtained from the USGS database. Finally, using the SPI index, dry and wet years were distinguished during the statistical period and were selected as representatives of dry and wet years in 1999 and 2019. Vegetation indices were calculated (NDVI, TCI, VCI and VHI) using the ENVI 5/3 software. Because the area is located at different satellite passes 165 and 166, the Seamless Mosaic operator in ENVI 5.3 software was used to mosaic the images. Data with L1T level corrections (including systematic radiometric correction, geometric correction using ground control points, and topographic displacement error correction) were obtained from the USGS database. A 1: 25000 topographic map of the study area was used to control the geometric correction of satellite images. Atmospheric corrections of the images were performed by applying flash algorithm in the software and the images were prepared to extract the research indicators.Results: Ready data was used to classify the map of NDVI, VCI, TCI and VHI indices in 1999 and 2019. Based on the obtained results, in 1999, the amount of poor vegetation was the highest with an area of ​​4869.7 square kilometers, equivalent to 52.49 percent of the area.The highest vegetation belonged to the good vegetation class with an area of ​​3311.44 square kilometers, equivalent to 69 Percentage of the area. The results of the VCI index show that the vegetation situation was good in 1999 and 4749.1 square kilometers of the area have experienced droughtfree conditions. In addition, 4034.9, 111.3 and 83.5 square kilometers of the region had mild drought, severe drought and very severe drought, respectively. In 2019, according to the VCI index, 7531.8 square kilometers of the basin, i.e, 81.2% of the area, have vegetationfree conditions in terms of vegetation. According to the TCI results in 1999, limited parts of the western and southwestern parts of the basin with an area of ​​742.1 and 278.3 square kilometers had severe and very severe drought conditions, respectively. In 2019, in terms of heat, in 3005 square kilometers of the area in the northern, central and southeastern parts of the basin, no drought conditions were observed. According to the VHI results, in 1999, about 102 and 1159 square kilometers of the area had severe and moderate drought conditions, respectively, and no severe drought occurred in the area. In 2019, there was no severe drought. In general, the situation has been very good for vegetationConclusion: The results showed that drought significantly reduced the density of vegetation in basin, and the existing vegetation was affected by drought stress. According to the VHI index, which indicates the health status of plant coverings affected by drought, two VCI and TCI index. In 1999, the eastern and western regions and the southwest had moderate to severe droughts, and most of regions had a mild drought. In 2019, due to the health of vegetation, in most areas, vegetation was under droughtfree conditions and did not suffer from drought stress, but some parts also suffered from mild drought.