معرفی و دانلود کتاب پایش ماهواره‌ای ریسک خشکسالی

معرفی کتاب پایش ماهواره‌ای ریسک خشکسالی

کتاب پایش ماهواره‌ای ریسک خشکسالی به قلم مصطفی عابدزاده، بهروز ارسطو و حمیدرضا نانکلی، ابتدا به بررسی تعدادی از شاخص‌های گیاهی پرداخته و به دنبال آن، شاخص NDVI به عنوان مناسب‌ترین شاخص برای پوشش گیاهی را معرفی می‌کند.

یکی از پیچیده‌ترین حوادث طبیعی خشکسالی کشاورزی است. به جهت تغییرات مکانی و زمانی این پدیده لازم است اطلاعات و ابزارهای موجود به منظور پایش خشکسالی در همه‌ی مقیاس‌ها بهبود یابند. برای بررسی و ارزیابی وسعت و شدت این پدیده، داده‌های سنجش از دور و GIS، یک ابزار پایش مناسب و اطلاعات دقیقی را در دسترس قرار می‌دهند. یکی از مهم‌ترین شاخص‌هایی که رخداد خشکسالی را مشخص می‌کند میزان رشد گیاه است.

داده‌های مورد استفاده در این کتاب شامل تصاویر ماهواره‌ای MODIS در استان سمنان است. محدوده زمانی تصاویر انتخابی بین سال‌های 2000 تا 2017 می‌باشد. در انتخاب تصاویر نکاتی در نظر گرفته شده است، بدین ترتیب که هر سال 4 تصویر انتخاب می‌گردد.

به ﻣﻨﻈﻮر ارزﯾﺎﺑﯽ دﻗﯿﻖ از رﺧﺪاد، ﮔﺴﺘﺮش و ﺷﺪت ﺧﺸﮑﺴﺎﻟﯽ، ﺑﺎﯾﺴﺘﯽ ﺗﺼﻮر ﺻﺤﯿﺤﯽ از ﺗﻮزﯾﻊ ﻣﮑﺎﻧﯽ و زﻣﺎﻧﯽ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻫﻮاﺷﻨﺎﺳﯽ، ﻫﯿﺪروﻟﻮژﯾﮑﯽ و ﻣﺘﻐﯿﺮﻫﺎی ﺳﻄﺤﯽ داﺷت. ﻣﺸﺎﻫﺪات ﻓﻀﺎﯾﯽ دارای ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ ﻻزم در اﯾﻦ زﻣﯿﻨﻪ ﻣﯽ‌ﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺪﯾﻦ ﺻﻮرت ﮐﻪ از ﻃﺮﯾﻖ درﯾﺎﻓﺖ اﻃﻼﻋﺎت ﺑﺎ ﻗﺪرت ﺗﻔﮑﯿﮏ ﻣﮑﺎﻧﯽ و زﻣﺎﻧﯽ در ﺳﻄﺢ وﺳﯿﻌﯽ از زﻣﯿﻦ و ﺑﻪ ﺻﻮرت درﯾﺎﻓﺖ، ﻧﺰدﯾﮏ ﺑﻪ زﻣﺎن واﻗﻌﯽ اﻣﮑﺎن ﭘﺎﯾﺶ روﻧﺪ ﺧﺸﮑﺴﺎﻟﯽ‌ﻫﺎ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﮑﻨﻮﻟﻮژی ﺳﻨﺠﺶ از دور و جی آی اس ﺑﺮاﺳﺎس ﺑﺎزﺗﺎﺑﻨﺪﮔﯽ ﻃﯿﻔﯽ در ﺑﺎﻧﺪﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ و امکان ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ در ﻫﺮ ﭘﯿﮑﺴﻞ ﻓﺮاﻫﻢ ﺧﻮاﻫﺪ کرد.

محققین برای پایش و بحران خشکسالی شاخص‌های متعددی ارائه نموده‌اند. هدف از کاربرد هر شاخص اندازه‌گیری سه ویژگی شدت، مدت و گسترش مکانی خشکسالی است. اکثر این شاخص‌ها بر اساس داده‌های اقلیمی طولانی مدت که از ایستگاه‌های هواشناسی جمع‌آوری می‌شود، تعریف شده است. داده‌های ایستگاه‌های هواشناسی دارای ساختار مکانی نقطه‌ای می‌باشند و پارامتر‌های اندازه‌‌گیری شده در آن فقط در سطح محدود اطراف ایستگاه معتبر است.

برای تعیین شدت و پراکنش خشکسالی باید تراکم ایستگاه‌های هواشناسی زیاد باشد که این کار مستلزم هزینه‌ای زیاد در راه‌اندازی و بهره‌برداری است. همچنین شاخص‌های خشکسالی که با استفاده از داده‌های هواشناسی تعیین می‌گردد، آمارهای طولانی مدت به میزان حداقل 30 سال نیاز دارد. این شاخص‌ها برای اکثر مناطق ایران که فاقد آمارهای طولانی مدت است دارای محدودیت است.

امروزه استفاده از داده‌های تصاویر ماهواره‌ای با توجه به دید وسیع و قابلیت دریافت آن در دوره‌های زمانی کم امکان نظارت و بررسی پدیده‌های متغیر روی زمین مانند خشکسالی را فراهم نموده است.

بر این اساس در سال‌های اخیر شاخص‌های مبتنی بر داده‌های تصاویر ماهواره‌ای برای مطالعه خشکسالی ارائه شده است. در این مبحث شاخص‌های سنجش خشکسالی از دیدگاه‌های مختلف بررسی می‌گردد.

در بخشی از کتاب پایش ماهواره‌ای ریسک خشکسالی می‌خوانیم:

کمبود آب به عنوان منبع ایجاد خشکسالی، می‌‌تواند ناشی از کمبود بارش باشد. بر این اساس در مراجع از شاخص‌های خشکسالی مبنی بر بارش جهت ارزیابی شدت خشکسالی استفاده می‌شود. اما از آن جا که افزایش تبخیر و تعرق نیز باعث کاهش آب می‌شود، کمبود بارش به تنهائی نمی‌تواند نماینده خوبی از وضعیت خشکسالی باشد.

شاخص بارش تبخیر- تعرق استاندارد شده (SPEI) مبتنی بر هر دو کمیت بارش و تبخیر تعرق می‌باشد. در این تحقیق با انجام یک مطالعه تطبیقی دو شاخص بارش استادارد شده SPI و شاخص SPEI در چند نمونه اقلیمی در استان سمنان مورد مقایسه قرار گرفتند.

آزمون‌های همگنی شامل آزمون من‌کندال و آزمون تشخیص نقطه تغییر بر روی سری‌های زمانی در پنجره‌های زمانی مختلف ماهانه، در فصل‌های مختلف و همچنین در مقیاس سالانه انجام شد. به جز چند مورد در چند ایستگاه، نتایج نشان داد که روند معنی‌ داری در سری زمانی این دو شاخص در فصل‌های مختلف سال وجود ندارد.

وجود روند در بارش با وجود روند در سری SPI همخوانی دارد اما از آن جا که شاخص SPEI تنها تحت تاثیر بارش نمی‌باشد، دما و تبخیر تعرق حاصل از آن نیز در روند تغییرات این شاخص اثرگذار هستند.

همبستگی بین این دو شاخص به کمک ضریب همبستگی پیرسون نیز بررسی شد و مشخص شد که این دو شاخص در فصل تابستان کم‌ترین همبستگی و در فصل زمستان بیشترین همبستگی را برقرار می‌کنند. به علاوه، با بزرگتر شدن پنجره زمانی خشکسالی، از میزان همبستگی دو شاخص کاسته می‌شود.

فهرست مطالب کتاب

تشکر و قدردانی
مقدمه
فصل 1: اصول و کلیات
1-1- مقدمه
1-2- روش گردآوری اطلاعات
1-3- روش تجزیه و تحلیل اطلاعات
فصل 2: مبانی
2-1- مقدمه
2-2- انواع خشکسالی
2-2-1- خشکسالی اقلیمی
2-2-2- خشکسالی کشاورزی
2-2-3- خشکسالی هیدرولوژیک
2-2-4- خشکسالی اقتصادی اجتمایی
2-3- شاخص‌های خشکسالی مبتنی بر داده‌های اقلیمی
2-3-1- شاخص شدت خشکسالی پالمر (PSDI)
2-3-2- شاخص تأمین آب سطحی (SWSI)
2-3-3- شاخص رطوبت محصول (CMI)
2-3-4- شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI)
2-4- شاخص‌های خشکسالی مبتنی بر داده‌های تصاویر ماهواره‌ای
2-4-1- بررسی ارتباط شاخص NDVI با بارندگی وخشکسالی
2-4-2- بررسی ارتباط دمای سطح زمین (LST) با بارندگی و خشکسالی
2-4-3- کاربرد NDVI و LST برای تعیین خشکسالی
2-4-4- مطالعات خشکسالی
2-4-5- مطالعات انجام شده در ایران
2-5- نتیجه
فصل 3: داده‌ها و روش ها
3-1- مقدمه
3-2- علت انتخاب منطقه مطالعاتی
3-2-1- موقعیت جغرافیایی استان
3-2-2- اقلیم منطقه
3-2-3- پوشش گیاهی منطقه
3-2-4- منابع آبی استان
3-3- مواد تحقیق
3-3-1- منابع داده ها
3-3-1-1- داده‌های میدانی رطوبت خاک
3-3-1-2- منابع داده‌های هواشناسی
3-3-1-3- منابع تصاویر
3-3-2- نرم افزارهای مورد استفاده
3-4- آماده سازی تصاویر
3-5- پیش پردازش تصاویر
3-6- مفاهیم اساسی مدیریت ریسک خشکسالی
3-6-1- فاجعه
3-6-2- مفاهیم اساسی جریان سازی
3-7- بازتاب طیفی پدیده هایسطح زمین
3-7-1- بازتاب طیفی گیاهان سبز
3-7-2- بازتاب طیفی خاک
3-7-3- بازتاب طیفی آب
3-8- تفسیر و یا تجزیه و تحلیل اطلاعات سنجش از دور
3-8-1- پردازش رقومی تصاویر ماهواره ای
3-8-2- پیش پردازش تصاویرماهواره ای
3-8-4- پردازش نهایی و تفسیر اطلاعات
3-9- سیستم‌ها (سنجنده‌ها و سکوهای) سنجش از دور
3-9-1- سیستم‌های سنجش ازدورمورد استفاده درتعیین شاخص‌های طیفی وپایش ریسک خشکسالی
3-9-2- تصحیح رادیومتریک
3-9-3-تصحیح هندسی
3-10- روش سنجش از دور در برآورد رطوبت لایه سطحی خاک
3-10-1- عوامل مؤثر در برآورد رطوبت لایه سطحی خاک
3-10-2- محاسبه شاخص بارندگی تبخیروتعرق استاندارد شده (SPEI)
3-10-3- شاخص بارندگی استاندارد شده (SPI)
3-10-4- شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI)
3-10-5- شاخص شرایط پوشش گیاهی
3-10-6- شاخص شرایط دمایی
3-11- الگوریتم مورد استفاده برای محاسبه درجه حرارت
3-11-1- محاسبه رادیانس طیفی (Lλ برای هر باند)
3-11-2- محاسبه دمای درخشندگی هر یک از باندهای مورد نیاز به صورت انفرادی
3-11-3- محاسبه درجه حرارت سطحی یا دمای سطح زمین (LST)
3-12- روش TVX در برآورد رطوبت لایه سطحی خاک
3-13- استخراج روابط
3-13-1- مدل رگرسیون خطی ساده
3-13-2- مدل رگرسیون چند متغیره خطی
3-13-3- گزینش متغیرهای مستقل با روش رگرسیون گام به گام
3-14- خلاصه و جمع بندی
فصل 4: نتایج و بحث
4-1- مقدمه
4-2- تحلیل و ارزیابی مدل‌های برآورد رطوبت لایه سطحی خاک
4-2-1- رابطه NDVI و رطوبت لایه سطحی خاک
4-2-1-1- ارزیابی مدل‌های NDVI و رطوبت خاک با پارامترهای هواشناسی
4-2-2- رابطه رطوبت خاک و شاخص‌های ماهواره ای
4-2-3- درصد خشکسالی استان سمنان براساس شاخص‌های ماهواره ای
4-2-4- نقشه‌های شدت خشکسالی براساس شاخص‌های SPI وSPEI مبتنی بر داده‌های سنجش از دور
4-2-4-1- شاخص بارش استاندارد شده SPI درایستگاه‌های منتخب استان
4-2-4-2- پهنه بندی خشکسالی در سطح استان سمنان براساس شاخص SPEI
4-2-2-1- مدل ترکیبی BT (31-32)، NDVI، رطوبت خاک و پارامترهای هواشناسی
4-2-2-2- مدل ترکیبی شیب رابطه TVX، رطوبت لایه سطحی خاک و پارامترهای هواشناسی
4-2-5- ترکیب سری‌های زمانی LST و NDVI و SPI
4-2-6- محاسبه نقشه تحلیل ریسک خشکسالی
فصل 5: نتیجه گیری
5-1-مقدمه
5-2- نتیجه گیری
5-3- منابع خطا
5-4- نتایج کاربردی تحقیق
5-5-آزمون فرضیات
پیوست ها
پیوست 1: معرفی سنجنده مودیس ماهواره ترا
مقدمه
معرفی سنجنده مودیس
مشخصات عمومی ماهواره و سنجنده
محدوده و مشخصات باندهای طیفی
مراحل دریافت و آماده سازی داده ها
مشخصات آنتن گیرنده داده‌های MODIS
مراحل انجام تصحیحات مودیس
پیوست2: مقایسه خصوصیات سنجنده‌های AVHRR و MODIS
پیوست 3: محدوده مطالعاتی
توپوگرافی منطقه
ریخت‌ شناسی زمین
منابع آب
پیوست 4: روش اندازه گیری رطوبت خاک
روش‌های سنجش از دوری
منابع