بررسی اثرگذاری خشکسالی بر پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق با استفاده از تصاویر سنجنده مودیس (مطالعه موردی استان تهران)

سابقه و هدف: پوشش‌گیاهی یکی از مهم‌ترین معیارهای موثر در اکوسیستم است که به‌شدت تحت‌تاثیر رخدادهای اقلیمی است. در میان عوامل اقلیمی خشکسالی از مهم‌ترین عوامل موثر بر رشد و پویایی جوامع‌گیاهی شناخته شده است به این منظور پایش خشکسالی و تغییرات پوشش‌گیاهی از اهمیت بسزایی برخوردار است لذا هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات خشکسالی بر پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق با استفاده از سنجنده مودیس است. به این منظور برآوورد شاخص‌هایی از قبیل پوشش‌گیاهی بارز شده (evi) و تبخیر و تعرق پتانسیل (pet) از ابزارهای مناسبی برای ارزیابی اثرات وقوع خشکسالی است که این شاخص‌ها از طریق سنجنده مودیس به‌دست می‌آیند.مواد و روش‌ها: در این تحقیق برای ارزیابی خشکسالی از شاخص خشکسالی پالمر (pdsi) و برای محاسبه شاخص‌های پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق پتانسیل از تصاویر سنجنده مودیس استفاده شد. برای محاسبه شاخص pdsi،‌ داده‌های دما و بارش 13 ایستگاه سینوپتیک واقع در استان تهران طی دوره آماری 2001 تا 2021 به صورت ماهانه از سازمان هواشناسی کشور تهیه شد سپس با استفاده از روش درون‌یابی وزن‌دهی معکوس فاصله (idw) نقشه‌های مربوطه در محیط arcgis ترسیم گردید. برای به‌دست آوردن داده‌های ماهواره‌ای  evi  و pet از پایگاه داده usgs از سری تصاویر ماهواره‌ای terra استفاده شد.، به این منظور برای شاخص evi از سنجنده mod13a3 با قدرت تفکیک یک کیلومتر در بازه زمانی ماهانه و برای محاسبه pet ‌از سنجنده mod16a2 با قدرت تفکیک 500 متر در بازه زمانی 8 روزه استفاده شد. روند تغییرات شاخص خشکسالی، پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق در بازه زمانی ذکر شده با استفاده از رگرسیون خطی و آزمون ناپارامتری ‌من‌-کندال محاسبه و به‌منظور بررسی همبستگی بین شاخص‌ها از ضریب همبستگی پیرسون استفاده شد. به دنبال آن پاسخ پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق به خشکسالی در اقلیم‌های مختلف نیز با استفاده از آنالیز همبستگی مورد ارزیابی قرار گرفت.نتایج: بررسی متوسط 20 ساله شاخص‌های خشکسالی، پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق نشان داد که شاخص خشکسالی پالمر با متوسط 1/95- نشان‌دهنده افزایش این شاخص در منطقه است. هم‌جنین، متوسط پوشش‌گیاهی حدود 0/076 و متوسط تبخیر و تعرق پتانسیل حدود 57/26 میلی‌متر بر مترمربع برآوورد شده است. طبق نتایج به‌دست آمده از بررسی شیب تغییرات با آزمون‌ ‌من‌-کندال روند تغییرات شاخص‌های پوشش‌گیاهی و خشکسالی به‌ترتیب 73/13 و 100 درصد افزایش و تبخیر و تعرق پتانسیل 86/83 درصدکاهش یافته است. اثر‌گذاری خشکسالی بر شاخص پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق پتانسیل نشان داد که به‌ترتیب 59/97 و 68/18 درصد از مساحت منطقه مورد مطالعه دارای همبستگی منفی و 40/03 و 31/82 درصد دارای همبستگی مثبت است. نتایج حاصل از بررسی رابطه خشکسالی با شاخص‌های پوشش‌گیاهی و تبخیر و تعرق پتانسیل در اقلیم‌های مختلف به‌ترتیب در اقلیم خشک 66/58 درصد رابطه مثبت و 82/35 درصد رابطه منفی، در اقلیم نیمه‌خشک 54/63 و 78/51 درصد رابطه منفی هم‌جنین در اقلیم مرطوب 73/68 درصد رابطه منفی و 61/98 درصد رابطه مثبت و در اقلیم نیمه‌مرطوب 74/04 و 49/82 درصد رابطه منفی داشته است.نتیجه‌گیری: نتایج تحقیق حاضر نشان داد که با استخراج شاخص‌های پوشش گیاهی evi و تبخیرو تعرق پتانسیل حاصل از سنجنده مودیس می‌توان به‌خوبی به اثرات مخرب خشکسالی پی‌برد. بر این اساس، نتایج شاخص خشکسالی پالمر نشان‌دهنده روند افزایشی این پدیده بوده و اثرات آن در اقلیم‌های مختلف متفاوت بوده است. بر اساس نتایج به‌دست آمده، مقاومت اکوسیستم در برابر خشکسالی توسط همبستگی مابین پوشش گیاهی و خشکسالی (wue-pdsi) به خوبی مشخص می‌شود. بر‌اساس یافته‌های تحقیق حاضر، نتیجه‌گیری می‌شود که خشکسالی ارتباط معناداری با تغییرات پوشش گیاهی و تبخیر و تعرق پتانسیل در طول مورد مطالعه داشته که مدیران و تصمیم‌گیران عرصه منابع طبیعی می‌توانند از نتایج حاصله به‌منظور مدیریت پوشش‌گیاهی و تصمیم‌گیری مناسب در برخورد با این پدیده مخرب در مناطق خشک و نیمه‌خشک استفاده کنند.

investigating the impact of drought on vegetation and evapotranspiration using modis sensor images: a case study of tehran province

background and objectives: vegetation is a critical component of ecosystems and is significantly impacted by climatic events, including drought. indices such as the enhanced vegetation index (evi) and potential evapotranspiration (pet) are effective tools for evaluating drought effects, obtained through the modis sensor. numerous studies have identified climatic factors, including drought, as primary determinants of plant community growth and dynamics. thus, monitoring drought and vegetation changes is essential for effective regional management. this study aims to assess the effects of drought on vegetation and potential evapotranspiration using modis sensor data.methodology: the palmer drought severity index (pdsi) was utilized to assess drought, while evi and pet indices were derived from modis satellite images. temperature and precipitation data from 13 synoptic stations in tehran province, spanning 2001 to 2021, were obtained monthly from the national meteorological organization. using inverse distance weighting (idw), the corresponding maps were plotted in arcgis. terra satellite series images from the usgs database were used to obtain evi and pet data. the mod13a3 sensor with a 1 km spatial resolution in monthly intervals provided evi data, while the mod16a2 sensor with a 500 m spatial resolution in 8-day intervals supplied pet data. trends in pdsi, evi, and pet were calculated using linear regression and the non-parametric kendall test. pearson correlation coefficient was applied to investigate the correlations between indices. additionally, correlation analysis evaluated the impact of drought on evi and pet in different climates.results: the 20-year average analysis indicated an increase in the pdsi (average 95.1) in the region. the average vegetation index was approximately 0.076, and the average pet was around 26.57 mm/m². slope analysis using the kendall test showed a 13.73% increase in vegetation and a 100% increase in drought indices, while pet decreased by 83.86%. the study revealed negative correlations between drought and vegetation (97.59%) and pet (18.68%), and positive correlations for vegetation (3.40%) and pet (82.31%). examining the relationship between drought and evi and pet indices in different climates revealed a positive relationship in 58.66% of the dry climate and a negative relationship in 35.82%, a negative relationship in 63.54% and 51.78% of the semi-arid climate, a positive relationship in 98.61% and a negative relationship in 68.73% of the humid climate, and a negative relationship in 4.74% and 82.49% of the semi-humid climate.conclusion: conclusion: the research demonstrates that extracting evi and pet indices from modis sensor data provides insights into drought damage. the pdsi results indicate the growth trend of drought across different climates. the correlation between vegetation cover and drought (wue-pdsi) suggests improved ecosystem resistance to drought. the findings highlight the significant relationship between drought and changes in vegetation and evapotranspiration potential. natural resource managers and decision-makers can utilize these results to manage vegetation and develop strategies to combat this destructive phenomenon in arid and semi-arid areas.