کاربرد شاخص خشکسالی تفاضلی نرمال شده مبتنی بر MODIS برای پایش خشکسالی پوشش گیاهی در حوضه کرخه

سابقه و هدف: خشکسالی به عنوان یکی از مهم ترین مخاطرات اقلیمی، تاثیرات گسترده ای بر منابع آب، پوشش گیاهی و تولیدات کشاورزی برجای می گذارد و پایش دقیق آن به ویژه در حوضه های آبخیز مهم کشور، نقش اساسی در مدیریت منابع طبیعی دارد. حوضه آبخیز کرخه به دلیل وسعت زیاد، تنوع اقلیمی و جایگاه راهبردی در کشاورزی و تامین امنیت غذایی غرب کشور، همواره در معرض اثرات شدید خشکسالی قرار داشته است. روش های متداول مبتنی بر داده های زمینی به دلیل پراکنش محدود ایستگاه ها، توانایی کافی برای پایش مکانی خشکسالی را ندارند. در این راستا، استفاده از داده های سنجش از دور و شاخص های ترکیبی می تواند ابزار کارآمدی برای پایش خشکسالی کشاورزی باشد. هدف اصلی این پژوهش، پایش مکانی و زمانی خشکسالی در حوضه آبخیز کرخه با استفاده از شاخص ترکیبی NDDI و ارزیابی قابلیت آن به عنوان یک ابزار تشخیصی برای پایش خشکسالی کشاورزی و ارائه هشدارهای زودهنگام است. این رویکرد با ارائه یک چارچوب کمی برای تحلیل فرآیندهای خشکسالی، به بهبود مدیریت منابع آب و توسعه استراتژی های سازگاری با تغییرات اقلیمی در کشور کمک خواهد کرد.مواد و روش ها: در این پژوهش از تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS با تفکیک مکانی ۵۰۰ متر مربوط به ماه اردیبهشت (دوره اوج رشد پوشش گیاهی) استفاده شد. شاخص NDDI از ترکیب شاخص های NDVI و NDWI محاسبه و وضعیت خشکسالی در پنج طبقه بدون خشکسالی، خفیف، متوسط، شدید و خیلی شدید طبقه بندی گردید. به منظور صحت سنجی نتایج، داده های بارندگی ۱۱ ایستگاه منتخب در حوضه آبخیز کرخه پس از کنترل کیفی و همگن سازی مورد استفاده قرار گرفت و شاخص SPI در مقیاس های زمانی مختلف محاسبه شد. ارزیابی عملکرد شاخص NDDI با استفاده از معیارهای آماری ریشه دوم میانگین مربعات خطا (RMSE) و درصد میانگین خطای مطلق (MAE) انجام گرفت.یافته ها: نتایج نشان داد که شاخص NDDI توانایی بالایی در شناسایی شدت و توزیع مکانی خشکسالی کشاورزی در حوضه آبخیز کرخه دارد. بر اساس نتایج، در سال ۱۳۸۶ حدود ۳/۸۵ درصد، در سال ۱۳۸۷ حدود ۹/۸۹ درصد و در سال ۱۳۹۳ حدود ۸/۷۴ درصد از مساحت حوضه تحت تاثیر درجات مختلف خشکسالی قرار داشته است. بیشترین شدت و گستره خشکسالی مربوط به سال ۱۳۸۷ بود که بیش از ۷۸ درصد از سطح حوضه در طبقات خشکسالی متوسط تا خیلی شدید قرار گرفت. نتایج ارزیابی آماری نشان داد که شاخص NDDI یشترین همخوانی را با شاخص SPI در مقیاس یک ماهه دارد، به طوری که کمترین مقادیر RMSE و MAE به ترتیب برابر با ۱۱/۰ و ۱۲/۰ به دست آمد.نتیجه گیری: با توجه به اهمیت حوضه آبخیز کرخه از نظر شرایط اقلیمی، اجتماعی و اقتصادی، پایش و ارزیابی دقیق خشکسالی در این حوضه بسیار حائز اهمیت است. در این راستا، تحقیق حاضر با استفاده از شاخص ترکیبی NDDI به پایش مکانی و زمانی خشکسالی کشاورزی طی دوره آماری ۲۰۰۱-۲۰۲۱ پرداخته است. نتایج نشان داد که به ترتیب در سال های ۱۳۸۶، ۱۳۸۷ و ۱۳۹۳، حدود ۳/۸۵٪، ۹/۸۹٪ و ۸/۷۴٪ از مساحت حوضه درگیر خشکسالی بوده اند. همچنین، نتایج معیارهای ارزیابی صحت شامل RMSE و MAE نشان دهنده کارایی بالای این شاخص در منطقه است. این مطالعه فراتر از نقشه برداری خشکسالی، بر نقش شاخص NDDI به عنوان یک ابزار تشخیصی و هشدار اولیه برای بررسی تعامل پوشش گیاهی و آب و تاثیر آن بر تاب آوری کشاورزی تاکید دارد. استفاده ترکیبی از شاخص های NDVI وNDWI و ایجاد NDDI امکان ردیابی واکنش های اکوسیستم به کمبود رطوبت در مقیاس های زمانی و مکانی مختلف را فراهم می کند. با این حال، محدودیت هایی مانند تغییرات کاربری اراضی، تراکم پوشش گیاهی و شرایط فصلی می تواند بر دقت شاخص تاثیرگذار باشد. بنابراین، ترکیب NDDI با داده های زمینی و شاخص های اقلیمی می تواند دقت پایش خشکسالی را افزایش دهد و به تصمیم گیری بهتر کمک کند.

کلیدواژه ها:

خشکسالی کشاورزی ، شاخص خشکسالی تفاضل نرمال شده ، سنجنده مودیس ، سنجش از دور ، معیارهای ارزیابی صحت