ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر آلبیدوی سطحی و دمای سطح زمین در حوضۀ آبخیز اهرچای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آب‌وهواشناسی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 استاد آب‌وهواشناسی، دانشگاه محقق اردبیلی

3 دانشیار ژئومورفولوژی، دانشگاه محقق اردبیلی

10.22111/gaij.2020.5951

چکیده

یکی از عوامل متأثر از فعالیت‌های انسانی، تغییر در کاربری اراضی است که می‌تواند منجر به تغییرات آلبیدوی سطحی و دمای سطح زمین شود و تغییر در این پارامترها آب‌وهوای طبیعی منطقه را متأثر می‌سازد. پژوهش حاضر به بررسی روند تغییرات کاربری اراضی و خصوصیات دمای سطح زمین و آلبیدوی سطحی در هر کاربری در حوضۀ آبخیز اَهرچای با استفاده از داده‌های لندست برای یک دورۀ 29 ساله پرداخته است. بدین‌منظور از تصاویر ماهواره‌ای لندست 5 (TM) در سال 1987 و لندست 8 (OLI) برای سال 2015 استفاده شده و پس از انجام مراحل مختلفِ پردازش تصاویر، نسبت‌به استخراج کاربری اراضی براساس روش «ماشین بُردار پشتیبان» (SVM) اقدام شد. دقت طبقه‌بندی برحسب ضریب آماری کاپا به‌ترتیب 93/0 و 95/0 و براساس دقت کلی 09/95 و 20/96 به‌دست آمد. بیشترین تغییرات کاربری در اراضی مرتعی و پس از آن در زراعت دیم مشاهده شده‌است. تبدیل مراتع به زراعت دیم باعث کاهش پوشش گیاهی و تغییر الگوی توزیع و روند افزایش دمای سطح زمین و میزان آلبیدوی سطحی شده‌است که این میزان برای کاربری زراعت دیم با افزایش دمای تقریباً 8 درجۀ سانتی‌گراد و آلبیدوی سطحی 03/0 بوده‌است؛ بنابراین ملاحظه می‌شود که سطح حوضۀ تغییرات کاربریِ روی‌داده، موجب تغییر در میزان دمای سطح زمین و آلبیدوی سطحی شده‌است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Land Use Change Trend and its Impact on Surface Albedo and Land Surface Temperature in Aharchai Watershed

نویسندگان [English]

  • Jafar Derakhshi 1
  • Behruz Sobhani 2
  • Sayad Asghari 3
چکیده [English]

One of the factors affecting human activities is land use change that can lead to changes in surface albedo and land surface temperature and changes in these parameters affect the natural climate of the area. The present study investigates land use change trends and land surface temperature and surface albedo per land use in the Aharchai watershed using Landsat data for a period of 29 years. for this purpose, Landsat 5 (TM) satellite images in 1987 and Landsat 8 (OLI) satellite images were used for 2015 and after various stages of image processing, land use extraction was performed based on the Support Vector Machine (SVM) method. Classification accuracy according to kappa coefficient was 0.93 and 0.95 and 95.09 and 96.20 respectively. Most land use changes were observed in pastures and later in dry land agriculture. Converting pastures to dry land agriculture has reduced vegetation cover and altered the distribution pattern and trend of increasing land surface temperature and surface albedo levels. This was the case for dry land farming with an increase in temperature of approximately 8 ° C and a surface albedo of 0.03. It is therefore observed that changes in land use at the basin level have resulted in changes in ground surface temperature and surface albedo.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land use changes
  • Land Surface Temperature
  • Surface Albedo
  • Sabal Method
  • Aharchai Watershed
آهنی، حسین، قربانی، اردوان، رستگارمقدّم، مرضیه، فلاح شمسی، سید رشید و باقرنژاد، مجید. (1388). «ارزیابی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز تنگ سرخ شیراز». مجلۀ علوم کشاورزی و منابع طبیعی، جلد شانزدهم، ویژه‌نامۀ 2، صص 252-242.  https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=129300
احمدی، بهروز، قربانی، اردوعان، صفرراد، طاهر و سبحانی، بهروز. (1394). «بررسی دمای سطح زمین در رابطه با کاربری و پوشش اراضی با استفاده از داده‌های سنجش از دور». سنجش از دور و سامانۀ اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال 6، شمارۀ اول، صص 77-61. https://www.sid.ir/fa/Journal/ViewPaper.aspx?id=243743
ادب، حامد، امیراحمدی، ابوالقاسم و عتباتی، آزاده. (1393). «ارتباط پوشش گیاهی با دما و آلبیدوی سطحی در دورۀ گره سال با استفاده از داده‌های مودیس در شمال ایران». پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، دورۀ 46، شمارۀ 4، صص 434-419. http://ensani.ir/fa/article/346999
اصغری، صیاد و امامی، هادی. (1398). «پایش دمای سطح زمین و بررسی رابطه کاربری اراضی با دمای سطح با استفاده از تصاویر سنجنده OLI و ETM، مطالعۀ موردی: شهرستان اردبیل»، نشریۀ تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. سال نوزدهم، شمارۀ 53، صص 215-195. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=357497
انتظاری، علیرضا، زندی، رحمان و خسرویان، مریم.(1398). «ارزیابی تغییرات فضایی پوشش گیاهی و دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر لندست و مادیس، مطالعۀ موردی: استان فارس 2017-1986»، نشریۀ علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت آبخیز. جلد 11، شماره 4، صص 940-929. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=499889
انتظاری، علیرضا، امیراحمدی، ابوالقاسم، علی‌آبادی، کاظم، خسرویان، مریم و ابراهیمی، مجید. (1395). «پایش دمای سطح زمین و ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی (مطالعۀ موردی؛ حوضۀ آبخیز دریاچۀ پریشان)». هیدروژئومورفولوژی، شمارۀ 8، صص 139-113. https://hyd.tabrizu.ac.ir/article_5769.html
حمزه، سعید؛ میجانی، نعیم و کریمی فیروزجایی، محمد. (1397). «مدل‌سازی ارتباط دمای سطح زمین، شرایط توپوگرافی و پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 8». پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، دورۀ 50، شمارۀ 1، صص 55-35. https://jphgr.ut.ac.ir/article_68019.html
حیات‌زاده، مهدی، اختصاصی، محمدرضا، ملکی‌نژاد، حسین، فتح‌زاده، علی و عظیم‌زاده، حمیدرضا. (1395). «شبیه‌سازی نقشۀ کاربری اراضی آیندۀ حوضۀ آبخیز با تلفیق مدل‌های سلول خودکار و زنجیرۀ مارکوف بر مبنای انتخاب بهترین الگوریتم طبقه‌بندی (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز فخرآباد مهریز، یزد)». پژوهش‌های فرسایش محیطی، 6: 4 (24)، صص 22-1. http://magazine.hormozgan.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-459-1&sid=1&slc_lang=fa
خسروی، یونس، حیدری، محمدعلی، توکلی، آزاده و زمانی عباسعلی. (1396). «تحلیل رابطۀ تغییرات زمانی دمای سطح زمین و الگوی فضایی تغییرات کاربری اراضی (مطالعۀ موردی: شهر زنجان)». برنامه‌ریزی و آمایش فضا، دورۀ 21، شمارۀ 3، صص 144-119. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=463108
درویشی، شادمان، رشیدپور، مصطفی و سلیمانی، کریم. (1398). «بررسی ارتباط تغییرات کاربری اراضی با دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، مطالعۀ موردی: شهرستان مریوان». جغرافیا و توسعه، شمارۀ 54، صص 162-143. https://gdij.usb.ac.ir/article_4361.html
قربان‌نیا خیبری، وجیهه، میرسنجری، میر مهرداد، لیاقتی، هومان و آرمین، محسن. (1396). «برآورد دمای سطح زمین کاربری اراضی و پوشش زمین شهرستان دنا با استفاده از الگوریتم پنجرۀ مجزا و داده‌های ماهوارۀ لندست 8»، فصلنامۀ علوم محیطی، دورۀ 15، شمارۀ 2، صص 74-55. http://envs.sbu.ac.ir/article_97845.html
 
Ahmed, N., 2016. Application of NDVI in vegetation monitoring using GIS and remote sensing in northern Ethiopian highlands. Abyss. J. Sci. Technol 1 (1), 12–17. https://journals.wu.edu.et/index.php/ajst/article/view/59
Allen, R., Tasumi. M. Trezza. R., Wim B., (2002), “SEBAL: Surface Energy Balance Algorithms for Land”, Version 1.0, Funded by a NAS EOSDIS /Synergy Grant from the Raytheon Company through The Idaho Department of Water Resources.
Anderson, J., Hady, R., Roach, E. and Wetter, R.E, (1976), A Land Cover Classification System for Use with Remote Sensor Data. United States Government Printing Office, Washington, pp.80.. https://www.nrc.gov/docs/ML1409/ML14097A516.pdf
Bastiaanssen, W.G.M., Menenti. M., Feddes, R.A. and Holtslag, A.A.M., (1998). A remote Sensing Surface Energy Balance Algorithm For Land (SEBAL), part 1: Formulation, journal of Hydrology, 212-213, pp. 198-212. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(98)00253-4
 Betts, R. A., Falloon, P. D., Goldewijk, K. K., & Ramankutty, N. (2007). Bio geophysical effects of land use on climate: Model simulations of radiative forcing and large scale temperature change. Agricultural and Forest Meteorology, 142, 216e233. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2006.08.021
Binh, T.N.K.D; Vromant, N; Hung, N.T; Hens, L; Boon, E.K. (2005). "Land cover changes between 1968 and 2003 in Cai Nuoc, Ca Mau Peninsula, Vietnam". Environment, Development and Sustainability7, 519–536. https://doi.org/10.1007/s10668-004-6001-z
Bonan, G. (2008). Ecological climatology: Concepts and applications (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press, 550 pp.
Choudhury, Deblina. , Das, Kalikinkar. , Das, Arijit. (2019). Assessment of land use land cover changes and its impact on variations of land surface temperature in Asansol-Durgapur Development Region. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences 22 , 203–218. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2018.05.004
Devaraju, N., Bala, B., & Modak, A. (2015). Effects of large-sca deforestation on precipitation in the monsoon regions: Remote versus local effects. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112, 3257e3262. DOI: 10.1073/pnas.1423439112
Eastman, J. R., (2006). IDRISI Andes. Guide to GIS and Image Processing. Clark Labs, Clark University, Worcester, MA.
Garcia‐Cueto, O.R., Jauregui-Ostos, E., Toudert, D., Tejeda-Martinez, A.,(2007). Detection of the urban heat island in Mexicali, B. C., México and its relationship with land use. Article in Atmosfera 20(2), 111-131. https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=56520201
He, T. 2012. Estimating land surface albedo from satellite data. Doctor of Philosophy dissertation, Faculty of the Graduate School of the University of Maryland, College Park. http://hdl.handle.net/1903/12651
Li, Y., Zhao, M., Motesharrei, S., Mu, Q., Kalnay, E., & Li, S. (2015). Local cooling and warming effects of forests based on satellite observations. Nature Communications, 6, 1e8.  doi: 10.1038/ncomms7603
Morawitz, D; Blewett, T; Cohen, A; Alberti, M.(2006). “Using NDVI to Assess Vegetative Land Cover Change in Central Puget Sound”. Environmental Monitoring and Assessment volume 114, pages85–106. . DOI: 10.1007/s10661-006-1679-z
Mountrakis, G., Im, J.; & C. Ogole, 2011. Support vector machines in remote sensing: A review, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 13, 247 – 259. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2010.11.001
Pinker RT, Laszlo I, Goodrich D, Pandithurai G., 2000. Satellite estimates of surface radiative fluxes for the extended San Pedro basin: sensitivity to aerosols. Agricultural and Forest Meteorology; 105:43–54.  http://dx.doi.org/10.1016/S0168-1923(00)00190-8
Pitman, A. J. (2003). The evolution of, and revolution in, land surface schemes designed for climate models. International Journal of Climatology, 23, 479e510. https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/Joc.893
Rwanga, S.S. and Ndambuki, J.M. (2017) Accuracy Assessment of Land Use/Land Cover Classification Using Remote Sensing and GIS. Inter-national Journal of Geosciences, 8, 611-622. doi: 10.4236/ijg.2017.84033.
Sekertekin, A. Bonafoni, S. (2020). Land Surface Temperature Retrieval from Landsat 5, 7, and 8 over Rural Areas: Assessment of Different Retrieval Algorithms and Emissivity Models and Toolbox Implementation. Journals  Remote Sensing,  Volume 12, Issue 2, 1-32. DOI: 10.3390/rs12020294.
Siddique Ullah, Khalid Ahmad, Raja Umer Sajjad, Arshad Mehmood Abbasi, Abdul Nazeer, Adnan Ahmad Tahir(2019), Analysis and simulation of land cover changes and their impacts on land surface temperature in a lower Himalayan region, Journal of Environmental Management 245, 348–357. DOI: 10.1016/j.jenvman.2019.05.063
Vapnik, V. N., 1995. The Nature of Statistical L earning Theory (New York: Springer Verlag).. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4757-2440-0
 Yi-ChenWang, Benjamin K.H. Hu, Soe W. Myint, Chen-Chieh Feng, Winston T.L. Chow, Paul F. Passy(2018), Patterns of land change and their potential impacts on land surface temperature change in Yangon, Myanmar, Science of the Total Environment 643, 738–750.  DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.06.209
Zaki, R., Zaki, A., Ahmed, S., 2011. Land use and land cover changes in arid region: the case new urbanized zone, Northeast Cairo, Egypt. J. Geogr. Inform. Syst. 3 (3), 173–194.  DOI: 10.4236/jgis.2011.33015