مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی

مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی

ارزیابی وضعیت خشکسالی با استفاده از شاخص‌های مبتنی بر مشاهدات زمینی و سنجش از دور (مطالعه موردی شهر اصفهان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
استادیار، گروه کشاورزی، دانشگاه پیام‌نور، تهران، ایران.
چکیده
از آنجا که خشکسالی تأثیرات گسترده‌ای بر منابع آب، کشاورزی و اکوسیستم‌ها دارد ارزیابی دقیق خشکسالی و استفاده از ابزارهای مناسب برای پایش و مدیریت آن امری ضروری است. این مطالعه به بررسی و تحلیل خشکسالی شهر اصفهان بین سال‌های 2000 تا 2022 با استفاده از شاخص‌های مختلف از جمله شاخص حرارتی، وضعیت پوشش گیاهی، سلامت پوشش گیاهی، تناسب کشاورزی، رطوبت خاک، بارش استاندارد، بارش-تبخیر تعرق، شاخص خشکسالی سطحی، شاخص خشکسالی چندگانه پرداخته است. این شاخص‌ها در مقیاس‌های ماهانه، فصلی و سالانه تحلیل شده‌اند تا تغییرات و نوسانات خشکسالی در منطقه مورد بررسی قرار گیرند. نتایج نشان می‌دهد شاخص بارش- تبخیر در فصول گرم مقدار آن بیشتر از فصول سرد سال بود. این شاخص همچنین سال 2003 و 2005 کمترین و بیشترین مقدار را در طی دو دهه اخیر داشت. بر اساس شاخص بارش و بارش استاندارد در سال 2000 بیش از 80 درصد از منطقه درگیر کمبود بارندگی بودند. شاخص سلامت پوشش گیاهی بیانگر آن بود که در سال‌های 2000 و 2017 حدود 82 و 67 درصد از پوشش گیاهی به دلیل تنش دمایی آسیب دیده و سلامت آن به شدت کاهش یافته است. در نهایت، نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که خشکسالی به‌صورت یک پدیده چند بعدی در اصفهان طی دو دهه اخیر با شدت‌های مختلف رخ داده است و این منطقه همچنان با چالش‌های خشکسالی مداوم مواجه است. این نتایج می‌تواند به تصمیم‌گیری‌های مدیریتی در زمینه کاهش اثرات خشکسالی و بهبود مدیریت منابع آب و کشاورزی کمک کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of Drought Conditions Using Ground-Based and Remote Sensing Indicators (Case Study of Isfahan City)

نویسندگان English

Hadi Siasar
negar nourmahnad
Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University. Tehran, Iran.
چکیده English

Since drought has widespread impacts on water resources, agriculture, and ecosystems, accurate assessment of drought and the use of appropriate tools for its monitoring and management are essential. This study investigated and analyzes drought in Isfahan city between 2000 and 2022 using various indices including TCI (Temperature Condition Index), VCI (Vegetation Condition Index), VHI (Vegetation Health Index), AAI (Agricultural Appropriateness Index), PCI (Precipitation Condition Index), SMCI (Soil Moisture Condition Index), SPI (Standardized Precipitation Index), SPEI (Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index), EVI (Enhanced Vegetation Index), SDI (Surface Drought Index), and OMDI (Overall Multivariate Drought Index).These indicators were analyzed on monthly, seasonal, and annual scales to assess the changes and fluctuations of drought in the region The results indicate that the SPEI index was higher in during the warm seasons compared to the cold seasons. This index also recorded the lowest and highest values in 2003 and 2005, respectively, over the past two decades. Based on the PCI and SPI indices, more than 80% of the region was experiencing precipitation deficits in 2000. The SDI also showed that from 2000 to 2020, drought stresses increased, with over 90% of Isfahan's areas facing severe drought stress. The VHI index indicated that in 2000 and 2017, approximately 82% and 67% of vegetation cover were damaged due to temperature stress, significantly reducing its health. Finally, the results of this study show that drought has occurred as a multidimensional phenomenon in Isfahan with different intensities during the last two decades and this region continues to face persistent drought These results can help in management decision-making to reduce the effects of drought and improve the management of water resources and agriculture.

کلیدواژه‌ها English

Drought indices
Vegetation cover
Water resources
Agriculture
شریفی، ف.، و کاظمی، ر. (1402). بحرانی شدن منابع آب. مروری بر عوامل، پیامدها و راهکارها. تهران: انتشارات سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی. پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری. 272 ص.
طالبی، ع.، طاهری، ر.، و اسکندری، م. (1390). اثر خشکسالی به عنوان یکی از جنبه‌های تغییر اقلیم بر محصولات آبی کشاورزی، کنفرانس ملی هواشناسی و مدیریت آب کشاورزی. پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران. آذر 1390، 17 ص.
فاضل دهکردی، ل.، سهرابی، ط.، قناویزباف، م. ح.، و قضاوی، ر. (1395). پایش خشکسالی با استفاده از تصاویر سنجندۀ مودیس (MODIS) در مناطق خشک مطالعۀ موردی مراتع استان اصفهان. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، (3)27، 190-177.
فتوت، ج.، و اسدی زارچ، م. ا. (1403). مقایسه کارایی شاخص‌های خشکسالیSPI ، RDI و بارش- تبخیر تعرق استاندارد در مناطق خشک و نیمه‌خشک با استفاده از شاخص سنجش از دور. TVDI مدیریت بیابان. انتشار آنلاین  10.22034/jdmal.2025.2041089.1481
نوروزی، ا.، و محمدی، ز. (2016). بررسی خشکسالی هیدرولوژیک و آثار آن بر کشاورزی منطقه لنجان. برنامه‌ریزی فضایی،(2)6، 97-116.
Amarasinghe, A., Chen, C., Van Zwieten, L., and Rashti, M. R. (2024). The role of edaphic variables and management practices in regulating soil microbial resilience to drought - A meta-analysis. The Science of the total environment, 912, 169544.
Aksoy, S., Gorucu, O., and Sertel, E. (2019). Drought monitoring using MODIS derived indices and google earth engine platform. In 2019 8th international conference on agro-geoinformatics (Agro-Geoinformatics) (pp. 1-6). IEEE.
Camaille, M., Fabre, N., Clément, C., and Ait Barka, E. (2021). Advances in wheat physiology in response to drought and the role of plant growth promoting rhizobacteria to trigger drought tolerance. Microorganisms, 9(4), 687.
Didan, K., Munoz, A. B., Solano, R., and Huete, A. (2015). MODIS vegetation index user’s guide (MOD13 series). University of Arizona: Vegetation Index and Phenology Lab, 35, 2-33.
Ek, M. B., Mitchell, K. E., Lin, Y., Rogers, E., Grunmann, P., Koren, V., and Tarpley, J. D. (2003). Implementation of Noah land surface model advances in the National Centers for Environmental Prediction operational mesoscale Eta model. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 108(D22).
Eslamian, S., and Jahadi, M. (2019). Monitoring and prediction of drought by Markov chain model based on SPI and new index in Isfahan. International Journal of Hydrology Science and Technology, 9(4), 355-365.
Funk, C., Verdin, A., Michaelsen, J., Peterson, P., Pedreros, D., and Husak, G. (2015). A global satellite-assisted precipitation climatology. Earth System Science Data, 7(2), 275-287.
Huete, A., Didan, K., Miura, T., Rodriguez, E. P., Gao, X., and Ferreira, L. G. (2002). Overview of the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices. Remote sensing of environment83(1-2), 195-213.
Khanmohammadi, N., Rezaie, H., and Behmanesh, J. (2022). Investigation of drought trend on the basis of the best obtained drought index. Water Resources Management, 36(4), 1355-1375.
Khan, R., and Gilani, H. (2021). Global drought monitoring with big geospatial datasets using Google Earth Engine. Environmental science and pollution research international, 28(14), 17244–17264.
Khan, M. A., Riaz, S., Jiang, H., Qamar, S., Ali, Z., Islamil, M., Nazeer, A., Faisal, M., Satti, S., and Zhang, X. (2022). Development of an assessment framework for the proposed Multi-Scalar Seasonally Amalgamated Regional Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (MSARSPEI) for regional drought classifications in global warming context. Journal of environmental management, 312, 114951.
Kogan, F. N. (1995). Application of vegetation index and brightness temperature for drought detection. Advances in space research15(11), 91-100.
Kogan, F. N. (1997). Global drought watch from space. Bulletin of the American meteorological society78(4), 621-636.
Koohi, S., Azizian, A., and Brocca, L. (2021). Spatiotemporal drought monitoring using bottom-up precipitation dataset (SM2RAIN-ASCAT) over different regions of Iran. The Science of the total environment, 779, 146535.
Kogan, F. N. (1995). Application of vegetation index and brightness temperature for drought detection. Advances in space research15(11), 91-100.
Liu, Y., Shan, F., Yue, H., and Wang, X. (2023). Characteristics of drought propagation and effects of water resources on vegetation in the karst area of Southwest China. Science of The Total Environment891, 164663.
McKee, T. B., Doesken, N. J., and Kleist, J. (1993, January). 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).
Nagler, P., Sall, I., Barreto‐Muñoz, A., Gómez‐Sapiens, M., Nouri, H., Chavoshi Borujeni, S., and Didan, K. (2022). Effect of restoration on plant greenness and water use in relation to drought in the riparian corridor of the Colorado River delta. Journal of the American Water Resources Association, 58(5), 746-784‏.
Narasimhan, B., and Srinivasan, R. (2005). Development and evaluation of Soil Moisture Deficit Index (SMDI) and Evapotranspiration Deficit Index (ETDI) for agricultural drought monitoring. Agricultural and forest meteorology133(1-4), 69-88.
Palmer, W. C. (1965). Meteorological drought (Vol. 30). US Department of Commerce, Weather Bureau.Rafiq, M., Cong Li, Y., Cheng, Y., Rahman, G., Zhao, Y., and Khan, H. U. (2023). Estimation of regional meteorological aridity and drought characteristics in Baluchistan province, Pakistan. Plos one18(11), e0293073.
Seka, A. M., Zhang, J., Prodhan, F. A., Ayele, G. T., Finsa, M. M., Sharma, T. P. P., and Melesse, A. M. (2022). Hydrological drought impacts on water storage variations: a focus on the role of vegetation changes in the East Africa region. A systematic review. Environmental science and pollution research international, 29(53), 80237–80256.
Tsakiris, G., and Vangelis, H. J. E. W. (2005). Establishing a drought index incorporating evapotranspiration. European water, 9(10), 3-11.
Vicente-Serrano, S. M., Beguería, S., and López-Moreno, J. I. (2010). A multiscalar drought index sensitive to global warming: the standardized precipitation evapotranspiration index. Journal of climate, 23(7), 1696-1718.
Wei, W., Zhang, J., Zhou, J., Zhou, L., Xie, B., and Li, C. (2021a). Monitoring drought dynamics in China using Optimized Meteorological Drought Index (OMDI) based on remote sensing data sets. Journal of environmental management, 292, 112733. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112733.
Wei, W., Zhang, J., Zhou, L., Xie, B., Zhou, J., and Li, C. (2021b). Comparative evaluation of drought indices for monitoring drought based on remote sensing data. Environmental science and pollution research international, 28(16), 20408–20425.
Zhang, L., Jiao, W., Zhang, H., Huang, C., and Tong, Q. (2017). Studying drought phenomena in the Continental United States in 2011 and 2012 using various drought indices. Remote sensing of environment, 190, 96-106.
Zhu, Y., Wang, W., Singh, V. P., and Liu, Y. (2016). Combined use of meteorological drought indices at multi-time scales for improving hydrological drought detection. The Science of the total environment, 571, 1058–1068.
Zou, L., Cao, S., and Sanchez-Azofeifa, A. (2020). Evaluating the utility of various drought indices to monitor meteorological drought in Tropical Dry Forests. International journal of biometeorology, 64(4), 701–711.

  • تاریخ دریافت 26 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 22 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 26 خرداد 1404