Management of Natural Ecosystems

Management of Natural Ecosystems

Evaluation of the trend of long-term changes in the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) in the Hamon-Jazmurian Basin

Document Type : Original Article

Authors
Mahin Fouladi Doqozlou 1
Mohammad reza Sayadi 2
1 M.Sc. in Range Management, Department of Nature Engineering Faculty of Agriculture and Natural Resources, Ardakan University, Ardakan, Iran.
2 M.Sc. in Range Management, Faculty of Natural Resources, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
10.22034/emj.2024.714430
Abstract
Investigating the trend of long-term changes of vegetation using time series data and based on land use can provide useful information. Since the Time series of Satellite images are one of the best sources available in this field Their use in environmental studies is effective. Statistical tests are essential for analyzing time series data, and one valid test is the non-parametric Mann-Kendall (MK) test. In this study, changes in NDVI index were investigated using MODIS image data in the Hamon-Jazmorian basin in the southeast of Iran. For this purpose, 524 images 16-day NDVI index of MODIS, were selected for the period from 2000 to 2022, and the vegetation in this basin was carefully analyzed. Then, trend of the change of this index during this 23-year period was investigated using the MK test. In the following, the pattern of changes of this index in the region was determined and the areas with vegetation changes were determined. The results showed that the northwestern and central areas of the basin, where vegetation has a higher density, underwent the most changes, with vegetation decreasing and increasing. Comparing the NDVI index difference map between the beginning and end of the investigated years with the land use map showed widespread risk in the Hamoon-Jazmourian basin. The results of this researchcan be used to investigate the long-term vegetation changes in different areas of the Hamoon-Jazmourian basin and to adopt appropriate policies and planning for the use of vegetation.
Keywords
Hamon-Jazmourian basin
normalized difference vegetation index (NDVI)
MODIS
Subjects
بیگی، ح.، صادقیان، ک.، و خدامرداد، ح. (1401). بررسی مروری وضعیت منابع آب زیرزمینی حوضه هامون جازموریان. هفدهمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران با محوریت آبخیزداری و امنیت پایدار غذایی. جیرفت، اسفند 1401.
جهانشاهی، ا. (1398). پیش‌بینی جریان در حوضه‌های فاقد آمار با استفاده از روش‌های تعمیم‌دهی در حوضه هامون-جازموریان. رساله دکتری آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، 83 ص.
جهانشاهی، ا.، شاهدی، ک.، سلیمانی، ک.، مقدم نیا، ع.، و مرتس، ر. (1401). شبیه‌سازی جریان در حوضه‌های فاقد آمار با استفاده از روش‌های منطقه‌بندی در حوضه هامون-جازموریان. دانش آب و خاک، (2)32، 177-159.
دستی گردی، م.، نادی، م.، رائینی سرجاز، م.، و کیاپاشا، خ. و. (1401). تحلیل روند پوشش گیاهی با استفاده از سری زمانی NDVI ماهواره مودیس در شمال شرق ایران. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، (1)29، 150-133.
فیروزی، ف.، طاووسی، ت.، و محمودی، پ. (1397). بررسی رابطه آماری بین متغیرهای اقلیمی و پویایی پوشش گیاهی در یک اقلیم خشک (مطالعه موردی دشت سیستان در شرق ایران). مدیریت بیابان، (6)11، 111-99.
کاظم زاده، م.، ملکیان، آ.، و رسول زاده، ع. (1392). تحلیل روند جریان‌های رودخانه‌ای با استفاده از رویکردهای آماری پارامتری و ناپارامتری در استان اردبیل. پژوهش‌های دانش زمین، (3)4، 63-51.
مکرم، م.، مزین، م.، فرجی، م.، و موسوی، ک. (1396). بررسی تغییرات پوشش گیاهی در فصول مختلف رویش با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و ارتباط آن با تغییرات دما (منطقه مورد مطالعه: شمال شهرستان داراب). اکوسیستم‌های طبیعی ایران، (3)29، 20-1.
محمدی، ع.، قضاوی، ر.، میرزایی، ر.، و ناصری، ح. (1398). بررسی الگوی تغییرات پوشش گیاهی با استفاد از تصاویر سنجنده MODIS و ارتباط آن با بارش. مرتع و آبخیزداری، (3)72، 843-852.
میراحسنی، م.، سلمان ماهینی، ع. ر.، سفیانیان، ع. ر.، مدرس، ر.، جعفری، ر.، و محمدی، ج. (1396). ارزیابی شاخص ذخیرة آب پوشش گیاهی  (VSWI) سری زمانی سنجنده مادیس در پایش خشکسالی حوضة آبخیز گاوخونی، بوم‌شناسی کاربردی، (4)6، 47-31.
هاشمی دره‌بادامی، س.، نورایی صفت، ا.، کریمی، س.، و نظری، س. (1394). تحلیل روند توسعه جزیرة حرارتی شهری در رابطه با تغییر کاربری اراضی/پوشش با استفاده از سری زمانی تصاویر لندست. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، (3)6، 28-15.
Abrams, M., Crippen, R., and Fujisada, H. (2020). ASTER global digital elevation model (GDEM) and ASTER global water body dataset (ASTWBD). Remote Sensing, 12(7), 1156.
Chu, H., Venevsky, S., Wu, C., and Wang, M. (2019). NDVI-based vegetation dynamics and its response to climate changes at Amur-Heilongjiang River Basin from 1982 to 2015. Science of the Total Environment, 650, 2051-2062.
Cui, Y. P., Liu, J. Y., Hu, Y. F., Kuang, W. H., and Xie, Z. L. (2012). An analysis of temporal evolution of NDVI in various vegetation-climate regions in Inner Mongolia, China. Procedia Environmental Sciences, 13, 1989-1996.
Cui, L., Pang, B., Zhao, G., Ban, C., Ren, M., Peng, D., Zuo, D., and Zhu, Z. (2022). Assessing the sensitivity of vegetation cover to climate change in the yarlung zangbo river basin using machine learning algorithms. Remote Sensing, 14(7), 1556.
Didan, K., Munoz, A. B., Solano, R. (2010). MODIS vegetation index user’s guide (MOD13 series). Vegetation Index and Phenology Lab, The University of Arizona, 1-38.
Eckert, S., Hüsler, F., Liniger, H., and Hodel, E. (2015). Trend analysis of MODIS NDVI time series for detecting land degradation and regeneration in Mongolia. Journal of Arid Environments, 113, 16-28. ‏
Harris, A., Carr, A. S., and Dash, J. (2014). Remote sensing of vegetation cover dynamics and resilience across southern Africa. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 28(1), 131-139.
Jafari, R., and Bakhshandehmehr, L. (2016). Quantitative mapping and assessment of environmentally sensitive areas to desertification in central Iran. Land Degradation & Development, 27(2), 108-119.
Jafari, R., and Hasheminasab, S. (2017). Assessing the effects of dam building on land degradation in central Iran with Landsat LST and LULC time series. Environmental Monitoring and Assessment, 189(2), 1-15.
Jamali, S., Jönsson, P., Eklundh, L., Ardö, J., and Seaquist, J. (2015). Detecting changes in vegetation trends using time series segmentation. Remote Sensing of Environment, 156, 182-195.
Karra, K., Kontgis, C., Statman-Weil, Z., Mazzariello, J. C., Mathis, M., and Brumby, S. P. (2021). Global land use/land cover with sentinel 2 and deep learning. International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), July 2021, 4704–4707.
Kendall, M. G. (1975). Rank Correlation Measures. London: Charles Griffin, 202p.
Kennedy, R. E., Townsend, P. A., Gross, J. E., Cohen, W. B., Bolstad, P., Wang, Y. Q., and Adams, P. (2009). Remote sensing change detection tools for natural resource managers: Understanding concepts and tradeoffs in the design of landscape monitoring projects. Remote Sensing of Environment, 113(7), 1382-1396.
Mann, H. B. (1945). Nonparametric tests against trend. Econometrica: Journal of the Econometric Society, 13(3), 245-259.
Modarres, R., and da Silva, V. D. P. R. (2007). Rainfall trends in arid and semi-arid regions of Iran. Journal of Arid Environments, 70(2), 344-355.
Moges, S. (2014). Vegetation dynamics analysis using normalized differences vegetation index as indicator of restoration or degradation, in South Wollo Zone, Northern Ethiopia. Ph.D. Thesis, University of Addis Ababa, Addis Ababa.
Nasri, M., and Modarres, R. )2009(. Dry spell trend analysis of Isfahan Province, Iran. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 29(10), 1430-1438.
Shutler, J. D., Smyth, T. J., Land, P. E., and Groom, S. B. (2005). A near-real time automatic MODIS data processing system. International Journal of Remote Sensing, 26(5), 1049-1055.
Soomro, S. E. H., Hu, C., Jian, S., Wu, Q., Boota, M. W., and Aamir Soomro, M. H. A. (2021). Precipitation changes and their relationships with vegetation responses during 1982–2015 in Kunhar River basin, Pakistan. Water Supply, 21(7), 3657-3671.
Tian, F., Wang, Y., Fensholt, R., Wang, K., Zhang, L., and Huang, Y. (2013). Mapping and evaluation of NDVI trends from synthetic time series obtained by blending Landsat and MODIS data around a coalfield on the Loess Plateau. Remote Sensing, 5(9), 4255-4279.
Tucker, C. J. (1979). Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of Environment, 8(2), 127–150.
Wang, X., Zhu, Y., Chen, Y., Zheng, H., Liu, H., Huang, H., Liu, K., and Liu, L. (2017). Influences of forest on MODIS snow cover mapping and snow variations in the Amur River basin in Northeast Asia during 2000–2014. Hydrological Processes, 31(18), 3225-3241.
Wessels, K. J., Van Den Bergh, F., and Scholes, R. J. (2012). Limits to detectability of land degradation by trend analysis of vegetation index data. Remote sensing of Environment, 125, 10-22.
Yan, Y., Cheng, J., Li, Y., Fan, J., and Wu, H. (2023). Characteristics of NDVI Changes in the Altay Region from 1981 to 2018 and Their Relationship to Climatic Factors. Land, 12(3), 564.

  • Receive Date 23 May 2023
  • Revise Date 03 July 2023
  • Accept Date 24 July 2023