نقشه‌های خشکسالی کشاورزی بر اساس شاخص‌های ماهواره‌ای پوشش گیاهی

خشکسالی به عنوان پیچیده‌ترین بلایای طبیعی که نسبت به بلایای دیگر کمتر قابل درک است و تعداد بیشتری از انسان‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد، شناخته شده است. از نقطه نظر عوامل موثر در ایجاد خشکسالی، این پدیده را می‌توان به سه دسته خشکسالی هواشناسی (بر اساس میزان بارش)، هیدرولوژیکی (بر اساس جریان آب‌های سطحی و زیرزمینی) و خشکسالی کشاورزی (بر اساس میزان رطوبت خاک) طبقه‌بندی کرد. روش‌های قدیمی ارزیابی و پایش خشکسالی، به میزان زیادی به داده‌های بارش ثبت شده در ایستگاه‌های هیدرومتری و هواشناسی وابسته هستند. با توجه به توزیع و تراکم پایین این ایستگاه‌ها و برآورد نقطه­‌ای خشکسالی، این روش‌­ها معیار مناسبی برای درک صحیح توزیع مکانی خشکسالی نیستند. از طرفی دسترسی آسان و رایگان به تصاویر ماهواره‌ای با پوشش وسیع در دوره زمانی بلندمدت، امکان آشکارسازی و نظارت بر تنش پوشش‌های گیاهی مرتبط با خشکسالی را فراهم کرده است.

با توجه به مزایای استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، موسسه تحقیقات آب اقدام به تهیه نقشه‌های خشکسالی کشاورزی در سطح کل کشور ایران با استخراج شاخص‌های پوشش گیاهی از تصاویر ماهواره‌ای MODIS کرده است. این نقشه‌ها بر اساس سه شاخص پوشش گیاهی VCI، TCI و VHI و در مقیاس زمانی ماهانه هستند. کلاس‌های تعریف شده برای ارزیابی میزان خشکسالی با استفاده از هر یک از شاخص‌های پوشش گیاهی، عبارتند از خشکسالی بسیار شدید (مقادیر کوچکتر از 0.1)، خشکسالی شدید (مقادیر بین 0.1 تا 0.2)، خشکسالی متوسط (مقادیر بین 0.2 تا 0.3)، خشکسالی ضعیف (مقادیر 0.3 تا 0.4)، شرایط نرمال (مقادیر 0.4 تا 0.6) و ترسالی (مقادیر بزرگتر از 0.6). نقشه‌های خشکسالی کشاورزی به صورت ماهانه به روز خواهند شد.

شاخص VCI

شاخص VCI، با استفاده از مقادير حداکثر و حداقل NDVI تعيين مي­‌شود. شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI) به عنوان یک شاخص متداول برای پایش خشکسالی کشاورزی و وضعیت پوشش گیاهی شناخته شده است. این شاخص که بر اساس اختلاف نرمال بین باندهای قرمز (RED) و مادون ‌قرمز نزدیک (NIR) در یک تصویر، محاسبه می‌شود، به طور مستقیم با درصد پوشش گیاهی، فعالیت فتوسنتزی گیاه، آب سطحی، شاخص سطح برگ و مقدار زیست‌توده در ارتباط است. مقدار عددی این شاخص بین 1- تا 1 است. و برای پوشش گیاهی سبز معمولاً عددی بین 0.2 تا 0.8 است. مقدار عددی این شاخص، با استفاده از رابطه زیر بدست می‌آید.

VCI تغييرات زمانی NDVI را ارزيابي مي­‌کند، در حاليکه اثرات تغييرات مکاني فاکتورهاي محيطي از قبيل اقليم، خاک، نوع گياه و توپوگرافي را به حداقل مي­‌رساند. مقدار این شاخص، وابسته به تغييرات گياه از شرايط شدیداً نامطلوب تا شرايط بالاي نرمال، بين 0 تا 1 متغير است. مقدار پایین این شاخص در فواصل زماني پيوسته، نشان‌دهنده­ پيشرفت خشکسالي است. مقدار عددی این شاخص از طریق رابطه زیر قابل محاسبه است. در این رابطه  NDVImin  وNDVImax  به ترتيب مقادير NDVI حداقل و حداکثر براي هر ماه می‌باشند. مقدار VCI براي هر پيکسل به صورت جداگانه به صورت ماهانه یا سالانه محاسبه می­‌شود.

شاخص VHI و TCI

شاخص VHI، از شاخص‌های مهم در پایش پوشش گیاهی است که از ترکیب دو شاخص VCI و TCI محاسبه می‌شود. شاخص TCI با استفاده از دمای درخشندگی (BT)، محاسبه می‌شود. مقدار شاخص VHI بین 0 تا 1 متغیر است. استفاده از این شاخص در نقاط مختلف جهان نشان داده که این شاخص با بهره‌وری محصولات کشاورزی و مراتع همبستگی بالایی دارد و می‌تواند به عنوان شاخص عددی مرتبط با هواشناسی، برای ارزیابی ضایعات کشاورزی قبل از مرحله برداشت، مورد استفاده قرار گیرد. مقدار عددی این شاخص‌ها با استفاده از رابطه‌های زیر محاسبه می‌شود.

در رابطه بالا،BT دماي درخشندگي ماه مورد نظر در پيکسل مربوطه، BTmax و BTmin به ترتيب دماي درخشندگي حداکثر و حداقل در يک دوره چند ساله براي هر پيکسل در مقياس زماني مورد نظر است. α مقدار کمی سهم شاخص‌های TCI و VCI را در شاخص سلامت پوشش گیاهی تعیین می‌کند. در صورتی که این سهم برای یک منطقه خاص، شناخته شده نباشد، این ضریب برای هر دو شاخص یکسان و برابر 5/0 در نظر گرفته می‌شود.