پایش تغییرات بلند مدت آبگیری دریاچه نمک با تحلیل تصاویر ماهوارهای در Google Earth Engine

چکیدهسابقه و هدف دریاچه ها و تالاب ها در مناطق خشک و نیمه خشک نقش مهمی در پایداری اکوسیستم ها، تنظیم اقلیم محلی، کنترل گردوغبار و حفظ تنوع زیستی دارند. دریاچه نمک، به عنوان یکی از پهنه های تبخیری–نمکی فلات مرکزی ایران، طی دهه های اخیر با کاهش محسوس مساحت و افزایش ناپایداری آبگیری روبه رو شده است. افت تداوم آبداری این دریاچه می تواند به تشدید گردوغبار و تضعیف کارکردهای اکولوژیکی منطقه منجر شود. با وجود اهمیت آن، تحلیل های بلندمدت مبتنی بر سری زمانی پیوسته تصاویر ماهواره ای محدود است. ازاین رو، هدف این پژوهش پایش و تحلیل تغییرات مکانی–زمانی پهنه آبگیر دریاچه نمک طی دوره ۱۹۹۵ تا ۲۰۲۴ با استفاده از تصاویر لندست و سامانه Google Earth Engine  است.مواد و روش ها در این پژوهش، از تصاویر ماهواره ای لندست شامل سنجنده های Landsat ۵، Landsat ۷  و Landsat ۸در بازه زمانی ۱۹۹۵ تا ۲۰۲۴ استفاده شد. به منظور یکنواخت سازی داده ها و کاهش اثر اختلاف سنجنده ها، از محصولات بازتاب سطحی بهره گرفته شد و تصاویر دارای ابر و سایه ابر با استفاده از الگوریتم های استاندارد ماسک گردید. تمامی پردازش ها و تحلیل ها در محیط سامانه Google Earth Engine  انجام شد که امکان دسترسی به آرشیو بلندمدت تصاویر و پردازش سریع داده ها را فراهم می کند. برای استخراج پهنه های آبی، شاخص تفاضل نرمال شده آب (NDWI) با استفاده از باندهای سبز و مادون قرمز نزدیک برای هر تصویر محاسبه گردید. سپس با تعیین یک آستانه تجربی بر اساس مقایسه با تصاویر رنگی کاذب و تفسیر بصری، نقشه های باینری آب و غیرآب تولید شد. پس از آن مساحت پهنه های آبگیر در مقیاس های ماهانه، فصلی، سالانه و دهه ای محاسبه گردید. برای بررسی روند تغییرات پهنه آبگیر، از تحلیل سری زمانی و رگرسیون خطی استفاده شد تا جهت و شدت روند تغییرات در طول دوره مطالعه مشخص شود. همچنین به منظور برآورد دقیق تر نرخ تغییرات و کاهش تاثیر داده های پرت، از برآوردگر ناپارامتری شیب سن (Sen’s Slope) استفاده گردید. علاوه بر این، برای ارزیابی الگوی پایداری آبگیری دریاچه، لایه های Transition و Seasonality از مجموعه داده جهانی آب های سطحی (JRC Global Surface Water) در محیط Google Earth Engine تحلیل شدند.نتایج نتایج تحلیل سری زمانی تصاویر لندست نشان داد که پهنه آبگیر دریاچه نمک طی سه دهه اخیر روندی کاهشی و ناپایدار داشته است. میانگین مساحت پهنه آبگیر در دهه نخست (۲۰۰۴–۱۹۹۵) حدود ۴/۱۵۴ کیلومترمربع برآورد شد، در حالی که این مقدار در دهه دوم (۲۰۱۴–۲۰۰۵) به ۱/۴۸ و در دهه سوم (۲۰۲۴–۲۰۱۵) به حدود ۱/۴۱ کیلومترمربع کاهش یافته است. در مقیاس سالانه، بیشترین سطح آبگیری در سال ۲۰۰۱ با حدود ۶/۳۸۳ کیلومترمربع و کمترین مقدار در سال ۲۰۱۴ با حدود ۱ کیلومترمربع ثبت شد که بیانگر نوسانات شدید بین سالی است. تحلیل روند با رگرسیون خطی کاهش معنادار مساحت پهنه آبگیر را تایید کرد و شیب منفی خط روند نشان دهنده افت مستمر آبگیری طی دوره مطالعه بود. به طور مشابه، روش ناپارامتری شیب سن (Sen’s Slope) نیز نرخ سالانه تغییرات را منفی برآورد کرد و روند کاهش بلندمدت پهنه آبی را با دقت بیشتری نشان داد. بررسی الگوی فصلی نشان داد که بیشترین آبگیری در فصل بهار رخ می دهد و حدود ۱۰ درصد از سطح دریاچه در این فصل آبدار است. پس از آن فصل زمستان با حدود ۵/۴ درصد قرار دارد، در حالی که تابستان و پاییز کمترین میزان آبگیری را نشان می دهند. در مقیاس ماهانه، بیشترین پهنه آبگیر در ماه های مارس، آوریل و مه مشاهده شد. نتایج لایه Transition نشان داد که حدود ۷۰/۴ درصد از پهنه دریاچه بدون تغییر بوده و حدود ۱۵/۹ درصد در کلاس «فصلی جدید» و حدود ۱۳ درصد در کلاس «فصلی» قرار دارند که بیانگر گسترش پهنه های آبگیری موقت است. همچنین نتایج Seasonality نشان داد که بیش از ۷۱/۱ درصد مساحت دریاچه فاقد آبداری پایدار بوده و پهنه های آبدار عمدتا تنها یک تا سه ماه در سال آبگیری دارند.نتیجه گیری نتایج این پژوهش نشان می دهد که دریاچه نمک طی سه دهه اخیر با کاهش قابل توجه مساحت و تداوم آبگیری مواجه بوده و روند کاهشی آن توسط تحلیل رگرسیون خطی و روش شیب سن تایید شده است. غلبه پهنه های آبگیری کوتاه مدت و فصلی نشان دهنده افزایش ناپایداری هیدرولوژیکی این دریاچه است. تداوم این روند می تواند پیامدهای زیست محیطی مهمی از جمله افزایش شوری، تشدید تبخیر و گسترش کانون های گردوغبار را به همراه داشته باشد. استفاده از تصاویر ماهواره ای و سامانه Google Earth Engine چارچوبی کارآمد برای پایش بلندمدت چنین پهنه هایی فراهم می کند.

کلیدواژه ها:

مناطق خشک ، نوسانات آبگیری ، سنجش ازدور ، شاخص NDWI ، آب های سطحی ، پایش پهنه های آبی