مجله جنگل ایران

مجله جنگل ایران

بررسی تغییرات زمانی پوشش گیاهی با استفاده از سری‌ زمانی تصویرهای لندست و رابطۀ آن با متغیرهای آب‌وهوایی در کلانشهر کرمانشاه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش‌آموختۀ کارشناسی ارشد گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.
2 استاد گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.
3 استادیار گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج.
10.22034/ijf.2025.487949.2016
چکیده
مقدمه: مقدار و وضعیت پوشش‌ گیاهی مناطق شهری به‌ویژه در کلانشهرها اثر بسیار مهمی در عملکرد اکوسیستم شهری و کیفیت زندگی ساکنان آن دارد. از این‌رو بررسی تغییرات کمی و کیفی آن در مقیاس محلی به‌خصوص در داخل و اطراف شهرهای بزرگ حائز اهمیت است. هدف این پژوهش بررسی تغییرات زمانی پوشش‌ گیاهی کل، به کمک شاخص‌هایNDVI  و EVI تصویرهای لندست در کلانشهر کرمانشاه و مناطق هشتگانۀ آن در دامنۀ زمانی 1400-1377 و همچنین اثر شرایط اقلیمی بر آن است.
مواد و روش‌ها: برای هر سال از دامنۀ زمانی پژوهش سه تا چهار تصویر لندست از بهار دریافت شد. پس از بررسی و ارزیابی دقت هندسی، تصحیح اتمسفری بروش FLAASH انجام گرفت و شاخص‌های گیاهیNDVI  و EVI محاسبه شدند. با استفاده از نقشۀ محدودۀ شهر، میانگین شاخص‌های گیاهی یاد‌شده در محدودۀ شهر به‌عنوان پوشش گیاهی کل محاسبه شد و تصویر زمان اوج سرسبزی از بین تصویرهای هر سال برپایۀ بیشترین مقدار شاخص‌های گیاهی انتخاب و یک سری‌ زمانی برای هر یک از شاخص‌های گیاهی شامل 24 تصویر اوج سرسبزی تشکیل شد. تجزیه‌وتحلیل‌های سری‌ زمانی به روش‌های پارامتری رگرسیون حداقل مربعات معمولی و ناپارامتری تیل-سن و معنی‌داری من-کندال انجام گرفت. این تجزیه‌وتحلیل‌ها در یکایک مناطق شهری تکرار شد. همچنین داده‌های آب‌و‌هوایی ایستگاه هواشناسی تهیه و رابطۀ آنها با تغییرات شاخص‌های گیاهی بررسی شد.
یافته‌ها: در بیشتر سال‌ها تصویر اردیبهشت‌ماه دارای بیشترین مقدار پوشش‌ گیاهی بوده است. براساس شاخصNDVI  می‌توان گفت پوشش‌ گیاهی کل در کلانشهر کرمانشاه به روش‌های پارامتری رگرسیون حداقل مربعات (OLS) و ناپارامتری تیل-سن به‌ترتیب با شیب‌های 0013/0- و 001/0- روند کاهشی ضعیفی داشته‌اند. شاخص EVI نیز نتایج مشابهی ارائه داده است. براساس آزمون من-کندال (05/0= α) (به‌ترتیب با آماره‌های من-کندال 27/1- و 52/0-) روندها غیر معنی‌دار بوده‌اند. براساس نتایج تحلیل شاخص NDVI، منطقۀ 4 دارای روند افزایشی غیر معنی‌دار بود، ولی بقیه مناطق روندی کاهشی غیر معنی‌دار داشتند و تنها در منطقۀ 6 روند کاهشی معنی‌دار بود. نتایج تحلیل شاخص EVI در مناطق مشابه شاخص NDVI بود، با این تفاوت که افزون‌بر منطقۀ 4، منطقۀ 5 نیز نشان از روند افزایش پوشش‌ گیاهی داشت و روند کاهشی هیچ یک از مناطق معنی‌دار نبود. بررسی ارتباط میان تغییرات شاخص‌های NDVI، EVI و مشخصه‌های آب‌و‌هوایی شامل میانگین دما و مجموع بارش‌های مربوط به یک ماه قبل و یک سال قبل از تاریخ حداکثر پوشش‌ گیاهی، نشان‌دهندۀ همبستگی مثبت میان تغییرات پوشش‌ گیاهی و مجموع بارش و همبستگی منفی با میانگین دما بود. داده‌های آب‌و‌هوایی یک ماه قبل همبستگی بیشتری با تغییرات پوشش‌ گیاهی نسبت به داده‌های آب‌وهوایی یک سال قبل داشت.
نتیجه‌گیری: براساس نتایج، دانش و تجربۀ حاصل از تحقیق می‌توان بیان داشت که بیشترین مقدار پوشش‌ گیاهی و سرسبزی در بیشتر سال‌ها در شهر کرمانشاه در اردیبهشت‌ماه بوده است. روند کاهش پوشش‌ گیاهی در کلانشهر کرمانشاه مشاهده شد. این روند ضعیف و غیر معنی‌دار است، ولی هشداری برای مدیران شهری به‌منظور برنامه‌ریزی برای حفظ و توسعۀ بهتر پوشش گیاهی محسوب می‌شود، البته پوشش گیاهی مناطق 4 و 5 دارای روندی افزایشی بوده است. تصویرهای تاریخی ماهوارۀ لندست داده‌های باارزشی برای بررسی تغییرات کیفی پوشش‌ گیاهی در دوره‌های بلندمدت است. پارامترهای آب‌وهوایی همواره عامل اصلی تغییرات پوشش‌ گیاهی نیست، به‌ویژه در مناطق شهری که به‌شدت تحت ‌تأثیر عوامل انسانی و آبیاری فضای سبز است. جا دارد که سازوکارهایی برای بررسی نقش این عوامل در ادامۀ چنین پژوهش‌هایی تبیین شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Assessing temporal change of vegetation cover using the Landsat time series and its relationship with weather variables in Kermanshah metropolis

نویسندگان English

N Rezaei 1
A.A. Darvishsefat 2
P Fatehi 3
1 MSc. Graduate of Forest Sciences and Engineering, Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran.
2 2\Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran.
3 Assistant Prof., Dept. of Forestry and Forest Economics, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I. R. Iran.
چکیده English

Introduction: The amount and state of vegetation in urban areas, especially in metropolises, play a crucial role in the urban ecosystem functions and life quality of its residents.Therefore, it is important to investigate its quantitative and qualitative changes at a local scale, especially within and around  big cities. The aim of this research is to investigate the temporal changes of the total vegetation cover using Normalized Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) indices of Landsat images over the Kermanshah metropolis and its eight districts during 1377-1400 period and its relationship with the weather parameters.
Material and Methods: Three to four Landsat images acquired during the spring season of each study year were downloaded for each year. After checking the geometric accuracy, the atmospheric correction was applied and vegetation indices, i.e. NDVI and EVI were generated. Using the city boundary map, the mean values of the mentioned vegetation indices within the city boundary were calculated as the total vegetation cover. From the images of each year, the image corresponding to the peak greenness was selected based on the maximum vegetation index values, and a time series of 24 peak greenness images was generated for each vegetation index. Time series analyses were applied using a parametric method i.e. Ordinary Least Squares (OLS) regression and non-parametric, i.e. Thiel-Sen and Mann-Kendall approaches. These analyses were repeated in each district, also, the weather data (i.e. precipitation and temperature) were used to explore their relationship with the changes in vegetation indices.
 Results: In most years, the Ordibehesht (i.e. mid-April to mid-May) images showed the highest vegetation cover values. Based on the NDVI, it can be stated that the overall vegetation cover in Kermanshah metropolis has experienced a weak decreasing trend  with slopes of -0.0013 and -0.001 obtained using the parametric Ordinary Least Squares (OLS) regression and the non-parametric Theil–Sen method, The results of the EVI index was similar. Based on the Mann–Kendall test (α = 0.05), with Mann–Kendall statistics of -1.27 and -0.52, the trends were not significant. According to the NDVI analysis, District 4, exhibited a non-significant increasing trend, while the other regions showed non-significant decreasing trends; only District 6 had a significant decreasing trend. The EVI analysis produced results similar to NDVI, with the difference that, in addition to District 4, District 5 also showed an increasing vegetation cover trend, and none of the decreasing trends were significant. The analysis of the relationship between changes in NDVI and EVI and weather variables with mean temperature and total precipitation one month and one year before the date of peak vegetation showed a positive correlation between vegetation cover changes and total precipitation, and a negative correlation with mean temperature. Weather data from one month before showed a stronger correlation with vegetation cover changes than data from one year before.
Conclusion: According to the results, the highest vegetation fraction and greenness is observed in Ordibehesht (i.e. mid-April to mid-May). A negative trend in vegetation greenness was observed, although, it was not statistically significant, that can be a warning alarm for city managers to implement a comprehensive plan to develop and preserve the vegetation fractions. District 4, also District 5 showed an increase in vegetation greenness. Historical Landsat satellite images are valuable data for investigating the qualitative changes of vegetation over long-term periods. Weather parameters are not always the main drives of vegetation changes, especially in urban areas that are strongly influenced by human activities, i.e. irrigation green space and construction activities. There is a space to explain mechanisms to investigate the role of these factors in the continuation of such studies.

کلیدواژه‌ها English

EVI
NDVI
Time series analysis
Urban vegetation
Weather parameters
 
Attarod, P., Kheirkhah, F., Khalighi Sigaroodi, S., Sadeghi, M., & Bayramzadeh, V. (2017). Trend analysis of meteorological parameters and reference evapotranspiration in the Caspian region. Iranian journal of Forest, 9(2), 171-185.‌ (In persian)
Chen, J., Zhu, X., Vogelmann, J.E., Gao, F., & Jin, S. (2011). A simple and effective method for filling gaps in Landsat ETM+ SLC-off images. Remote sensing of environment, 115(4), 1053-1064.‌
Chuai, X.W., Huang, X.J., Wang, W.J., & Bao, G. (2013). NDVI, temperature and precipitation changes and their relationships with different vegetation types during 1998–2007 in Inner Mongolia, China. International journal of climatology, 33(7), 1696-1706.‌
Darvishi, S., & Solaimani, K. (2020). Monitoring and prediction spatiotemporal vegetation changes using NDVI index and CA-Markov model (case study: Kermanshah city). Environmental Sciences, 18(4), 161-182. https://doi.org/10.52547/envs.18.4.161, (In persian)
Firouzi, F., Tavosi, T., & Mahmoudi, P. (2019). Investigating the sensitivity of NDVI and EVI vegetation indices to dry and wet years in arid and semi-arid regions (Case study: Sistan plain, Iran). Scientific-Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 28(110), 163-179. https://doi.org/10.22131/sepehr.2019.36621. (In persian)
Hadian, F., Hosseini, S.A., & Seyed Hossani, M. (2013). Monitoring vegetation changes using precipitation data and satellite images in north-west of Iran. Iranian Journal of Range and Desert Research, 21(4), 46-62. https://doi.org/10.22092/ijrdr.2016.13078, (In persian)
Ivits, E., Cherlet, M., Sommer, S., & Mehl, W. (2013). Addressing the complexity in non-linear evolution of vegetation phenological change with time-series of remote sensing images. Ecological Indicators26, 49-60.
Kiapasha, K., Darvishsefat, A.A., Zargham, N., Attarod, P., Nadi, M., & Schaepman, M.E. (2017). Greening trend in the Hyrcanian forests using NOAA NDVI time series during 1981-2012. Forest and Wood Products, 70(3), 409-420. (In persian)
Karkauskaite, P., Tagesson, T., & Fensholt, R. (2017). Evaluation of the plant phenology index (PPI), NDVI and EVI for start-of-season trend analysis of the Northern Hemisphere boreal zone. Remote Sensing, 9(5), 485.
Masihpour, M., Darvishsefat, A.A., & Rahmani, R. (2019). Long-term trend analysis of vegetation changes using MODIS-NDVI time series during 2000-2017 (Case study: Kurdistan province). Forest and Wood Products, 72(3), 193-204. (In persian)
Mirahsani, M., Salman mahini, A., Sufianian, A., Mohammadi, J., Modares, R., Jafari, R., & Pour-Monafi, S. (2018). Evaluation of vegetation changes using time series images and Mann-Kendall test in the basin, Cow-blood watershed. Ecology, 45(1), 114-99. (In persian)
Mohammad-Yari, F., Pour-Khabaz, H.R., Tavakoli, M., & Aqdar, H. (2013). Preparing a vegetation map and monitoring its changes using remote sensing techniques and geographic information system (case study: Behbahan city). Scientific-Research Quarterly of Geographical Information, 23(92), 23-34. (In persian)
Nahibi, S., & Sadat Hasan Dekht, M. (2013). Investigating the impact of urban green spaces on improving the quality of urban life. Journal of Sustainability, Development and Environment 1(1), 51-70. (In persian)
Najafi, Z., Darvishsefat, A.A., Fatehi, P., & Attarod, P. (2020). Time series analysis of vegetation dynamic trend using Landsat data in Tehran Megacity. Iranian Journal of Forest, 12(2), 257-270.‌ (In persian)
Rostami, M., Oramani, B., & Khanehbad, N. (2011). Spatial distribution analysis of parks in one area of Kermanshah city using GIS. Journal of Studies of Human Settlements Planning, 6(15), 9-12. (In persian)
Sajjadzadeh, H., Tahmasbi, K., & Karmi, Q. (2013). Investigating the amount of green spaces formed in new urban developments with existing standards, a case study of Kermanshah (Golestan), National Architecture Center of Iran, National Architecture Conference, Omran and new urban development, May 2013. (In persian)
Salehifard, M., Khakpour, B., Rafiei, H., & Tawanger, M. (2010). THE ANALYSIS OF SOCIAL DIMENSION OF MUNICIPAL PARKS WITH AN EMPHASIS ON CITIZENS’ OPINIONS (CASE STUDY: MASHHAD METROPOLIS). Geographic Space, 10(29), 51-93. (In persian)
Shahinifar, M.,&  Shahandeh, H.R. (2023). Analysis of Sentinel 3 images of SLSTR sensors in identifying urban heat islands and its relationship with vegetation (Case study: Kermanshah). Journal of Physical Geography, 16(60), 97-112. (In persian)
Shamsi pour, A.A., Heydari, S., & Bagheri, K. (2017). Monitoring the Process of Land Use/cover Changes Using Markov CA Model: a Case Study of Kermanshah City. Geographical Urban Planning Research (GUPR)5(3), 495-514. (In persian)
Xue, Z., Du, P., & Feng, L. (2014). Phenology-driven land cover classification and trend analysis based on long-term remote sensing image series. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 7(4), 1142-1156.‌
Yin, G., Hu, Z., Chen, X., & Tiyip, T. (2016). Vegetation dynamics and its response to climate change in Central Asia. Journal of Arid Land, 8(3), 375-388.‌
Zare, S., Namiranian, M., Shabanali-Fami, H., Feqhi, J., & Daneh-kar, A. (2017). Evaluating Tehran districts from perspective of urban forestry’s structural indicators, Iranian Forestry Journal, 8(4), 405-418. (In persian)
Zhu, Z., Fu, Y., Woodcock, C.E., Olofsson, P., Vogelmann, J.E., Holden, C., & Yu, Y. (2016). Including land cover change in analysis of greenness trends using all available Landsat 5, 7, and 8 images: A case study from Guangzhou, China (2000–2014). Remote Sensing of Environment, 185, 243-257.‌
Zeng, L., Wardlow, B.D., Xiang, D., Hu, S., & Li, D. (2020). A review of vegetation phenological metrics extraction using time-series, multispectral satellite data. Remote Sensing of Environment, 237, 111511.
 
دوره 17، شماره 2 - شماره پیاپی 2
تابستان 1404
صفحه 225-239

  • تاریخ دریافت 20 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 27 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 06 بهمن 1403