پایش و مقایسه تغییرات NDSI با استفاده از داده‌‌های سنجنده‌های MODIS و ETM+ به‌منظور برآورد پوشش برفی در حوضۀ آبریز کارون شمالی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشی/بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان چهارمحال و بختیاری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، شهرکرد، ایران

2 کارشناس مرکز تحقیقات هواشناسی کشاورزی فرخشهر/شهرکرد، ایران

چکیده

حوضۀ آبریز کارون شمالی، یکی از مناطق برف‌گیر کشور بوده و نزولات برفی آن، نقش بسیار زیادی در وضعیت تأمین منابع آبی مناطق مرکزی و جنوبی کشور دارد. در این پژوهش سعی شده است تا تغییرات سطح پوشیده از برف در حوضۀ مورد تحقیق بررسی شد. دستیابی به این اطلاعات در مناطق مرتفع و صعب‌العبور، تنها به کمک تکنیک سنجش از دور امکان‌پذیر است. سنجندۀ MODIS دارای باندهای طیفی متعدد، ولی سنجندۀ +ETM دارای قدرت تفکیک مکانی بهتری است. هدف از این تحقیق، پایش، مقایسه و پهنه‌بندی برف از داده‌های سنجنده‌های MODIS و +ETM در محدودۀ بخش شمالی حوضۀ آبریز کارون به‌عنوان یکی از نواحی برف‌گیر ایران است. نتایج برآورد سطوح پوشیده از برف از سال 2000 تا 2015 نشان داد که سنجندۀ MODIS بیش‌برآوردی معادل 26.95 درصد نسبت به سنجندۀ +ETM داشت. رابطۀ یک به یک بین تغییرات پوشش برف از دو سنجندۀ نسبت به یکدیگر پس از نمونه‌برداری مجدد نشان داد که با افزایش سطح پوشیده از برف، انحراف از خط برازش، افزایش، اما شیب خط به‌میزان اندکی کاهش یافته است (1.3159 در مقابل 1.3014). به‌طور کلی، نتایج نشان داد که سنجنده‌های MODIS و +ETM کارآیی خوبی در پایش‌های زمانی، مکانی و پهنه‌بندی سطوح پوشیده از برف دارند، اگرچه تفکیک مکانی مناسب سنجندة +ETM می‌تواند میدان‌های کوچک پوشیده از برف را بهتر از سنجندة MODIS تخمین زده و پهنه‌بندی نماید.

کلیدواژه‌ها


پرهمت، ج. و ثقفیان، ب. (1386). مقایسۀ دقت تصاویر ماهواره­ای AVHRR و TM در تعیین پوشش برفی. مجلۀ منابع طبیعی ایران، 60(2)، 383-395.
پرهمت، ج. (1381). مدل توزیعی رواناب حاصل از ذوب برف با استفاده از داده‌های دورسـنجی و سیسـتم GIS. پایـان‌نامۀ دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات.
حقی‌زاده، ع.، یوسفی، ح.، یاراحمدی، ی. و کیانی، آ. (1399). شبیه‌سازی تاثیر تغییر اقلیم بر میزان رواناب ناشی از ذوب برف (منطقۀ مورد مطالعه: حوزۀ آبخیز سراب صیدعلی-لرستان). مدیریت آب و آبیاری، 10(1)، 101-112.
دینی، غ.، ضیائیان فیروزآبادی، پ.، علیمحمدی سراب، ع.، و داداشی خانقاه، س. (1386). بررسی سطوح برفگیر در البرز مرکزی با استفاده از داده‌های ماهواره ای MODIS وAVHRR  و سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS). تحقیقات منابع آب ایران، 3(3)، 1-8.
رایگانی، ب.، خواجه‌الدین، س. ج.، سلطانی کوپایی، س.، و براتی، س. (1387). محاسبۀ تغییرات نقشه‌های پوشش برفی تهیه شده از تصاویر ماهواره‌ای MODIS در دوره‌های فاقد تصویر. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی) علوم و فنون آب، خاک و منابع طبیعی، 12(44)، 315-332.
رایگانی، ب،. سلطانی‌کوپایی، س،. خواجه‌الدین، س.ج.، و براتی، س. (1387). استفاده از تصویرهای ماهواره‌ای MODIS و شاخص NDSI به‌منظور تهیۀ نقشه‌های پوشش برفی. منابع طبیعی ایران، 61 (3)، 525-536.
رسولی، ع.، و ادهمی، س. (1386). محاسبۀ آب معادل از پوشش برفی با پردازش تصاویر سنجندة MODIS. جغرافیا و توسعه، 5(10)، 23-36.
شریفی، م.ر.، آخوندعلی، ع.م. پرهمت، ج. و محمدی، ج. (1386). بررسی تأثیر ارتفاع، جهت و تندی شیب بر عمق برف در حوضۀ صمصامی (گزارش فنی). تحقیقات منابع آب ایران، 3 (مسلسل 9)، 67-79.
عفیفی، م.ا. (1400). بررسی تغییرات سطح پوشش برف و تعیین خط ذوب برف در مناطق کوهستانی با استفاده از تصاویر مودیس و شاخص NDSI (مطالعۀ موردی یخچال‌های زاگرس). جغرافیا و مطالعات محیطی، 10(38)، 25-36.
فیضی‌زاده، ب. (1398). ارزیابی تطبیقی تکنیک‌های پردازش پیکسل‌ پایه و شیءگرا در طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای Aster برای استخراج نقشه‌های اراضی کشاورزی و باغی در حاشیۀ شرقی دریاچۀ ارومیه. اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، 28(109)، 167-183.
قربانی‌زاده خرازی، ح.، صدقی، ح.، ثقفیان، ب.، و پرهمت، ج. (1388). بررسی اثر تغییر اقلیم بر توزیع زمانی جریان رواناب ناشی از ذوب برف در حوزه کارون. علوم و مهندسی آبخیزداری، 3(11)، 38-50.
قنبرپور، م.ر،. محسنی ساروی، م.، ثقفیان، ب،. احمدی، ح.، و عباس‌پور، ک. (1384). تعیین مناطق مؤثر در انباشت و ماندگاری سطح پوشش برف و سهم ذوب برف در رواناب. منابع طبیعی ایران، 58(3)، 503-515.
کدخدایی، س.، جهانبخش اصل، س.، و ولی‌زاده کامران، خ. (1399). برآورد رواناب حاصل از ذوب برف با استفاده از مدل SRM (مطالعۀ موردی: حوضه آبریز سهزاب). جغرافیا و برنامه‌ریزی، 24(71)، 319-337.
محمدی‌فارسانی، ش. (1377). بررسی و پیش‌بینی آبدوی رودخانۀ زاینده‌رود در دوران ذوب برف. پایان‌نامۀ کارشناسی ارشد، دانشگاه شیراز.
مشایخی، ت. (1369). استفاده از هیدرولوژی برف در بررسی‌های منابع آب. گزارش دفتر بررسی‌های منابع آب، بخش آب‌های سطحی.
میریعقوب‌زاده، م.ح.، و قنبرپور، م. (1389). بررسی کاربرد نقشه‌های پوشش برفی حاصل از تصاویر ماهواره‏ای MODIS در مدل‌سازی رواناب ذوب برف (مطالعۀ موردی: حوزۀ آبخیز سد کرج). علوم زمین، 19 (76)، 141-148.
نجف‌زاده، ر.، ابریشم‌چی، ا.، تجریشی، م.، و طاهری شهرآیینی، ح. (1383). شبیه‌سازی جریان رودخانه با مدل ذوب برف. آب و فاضلاب، 15(4)، 2-11.
وفاخواه، م.، محسنی ساروی، م.، مهدوی، م.، و علوی‌پناه، س.ک. (1390). مقایسۀ سطح پوشش برف در تصاویر ماهواره نوآ و سنجنده مودیس (مطالعۀ موردی: حوزۀ آبخیز طالقان). پژوهش‌های آبخیزداری (پژوهش و سازندگی)، 24(3)، 80-94.
 
Afifi, M.E. (2021). Investigation of changes in snow cover and determination of snowmelt line in mountainous areas using MODIS images and NDSI index (Case study of Zagros Glaciers). Geography and Environmental Studies, 10(38), 25-36 (in Persian).
Barton, J.S., Hall, D.K., & Riggs, G.A. (2000). Remote sensing of fractional snow cover using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data. Proceedings of the 57th Eastern Snow Conference, Syracuse, New York, USA.
Cline, D.W. (1997). Snow surface energy exchanges and snowmelt at a continental, midlatitude Alpine site. Water Resources Research, 33, 689.
Crawford, C.J. (2015). MODIS Terra Collection 6 fractional snow cover validation in mountainous terrain during spring snowmelt using Landsat TM and ETM+. Hydrological Processes, 29(1), 128-138.
Custodio, E., Cabrera, M.C., Poncela, R., Puga, L.O., Skupien, E., & del Villar, A. (2016). Groundwater intensive exploitation and mining in Gran Canaria and Tenerife, Canary Islands, Spain: Hydrogeological, environmental, economic and social aspects. Science of The Total Environment, 557-558, 425-437.
Dini, G.R., Ziaeian Firozabadi, P., Ali Mohammadi Sarab, A., & Dadashi Khanghah, S. (2008). GIS-based snow mapping in central Alborzmountain chain using MODIS and AVHRR data. Iran-Water Resources Research, 3(3), 1-8 (in Persian).
Donmez, C., Berberoglu, S., Cicekli, S.Y., Cilek, A., & Arslan, A.N. (2021). Mapping snow cover using landsat data: Toward a fine-resolution water-resistant snow index. Meteorology and Atmospheric Physics, 133(2), 281-294.
Dozier, J. (1989). Spectral signature of alpine snow cover from the landsat thematic mapper. Remote Sensing of Environment, 28, 9-22.
Drewry, D. (1986). Remote sensing for polar regions - remote sensing ice and snow. D.K. Hall and J. Martinec 1985. London, New York, Chapman and Hall. 189 p, illustrated, hard cover. ISBN 0412259109. Polar Record, 23(143), 213-214.
Faizizadeh, B. (2019). A comparative evaluation of pixel-based and object-oriented processing techniques, used for the classification of Aster Satellite imageries and extracting agricultural and orchard maps in the Eastern Margin of Urmia Lake. Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 28(109), 167-183 (in Persian).
Gerland, S., Winther, J.G., Ørbæk, J.B., Liston, G.E., Øritsland, N.A., Blanco, A., & Ivanov, B. (1999). Physical and optical properties of snow covering Arctic tundra on Svalbard. Hydrological Processes, 13(14-15), 2331-2343.
Ghanbarpour, M.R., Mohsen Saravi, M., Saghafian, B., Ahmadi, H., & Abbaspour, K. (2005). An evaluation of regions effective in accumulation and persistence of snow cover and snowmelt contribution in runoff. Iranian Journal of Resources, 58(3), 503-515 (in Persian).
Ghorbanizadeh Kharazi, H., Sedghi, H., Saghafian, B., & Porhemat, J. (2007). The study on the effect of climate change on the peak time of snowmelt runoff. Plant and Ecosystem, 3(11), 38-50 (in Persian).
Haghizadeh, A., Yousefi, H., Yarahmadi, Y., & Kiyani, A. (2020). Simulation of climate change impact on snowmelt runoff (Case study: Sarab Seyed Ali Watershed-Lorestan). Water and Irrigation Management, 10(1), 101-112 (in Persian).
Hall, D., Foster, J., Verbyla, D., Klein, A., & Benson, C. (1998). Assessment of snow-cover mapping accuracy in a variety of vegetation-cover densities in central Alaska. Remote Sensing of Environment, 66(2), 129-137.
Hall, D., Riggs, G., Salomonson, V., & Scharfen, G. R. (2000). Earth Observing System (EOS) Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) global snow-cover maps. IAHS-AISH publication, 55-60.
Hall, D.K., Riggs, G.A., Salomonson, V.V., Barton, J., Casey, K., Chien, J., DiGirolamo, N., Klein, A., Powell, H., & Tait, A. (2001). Algorithm theoretical basis document (ATBD) for the MODIS snow and sea ice-mapping algorithms. Nasa Gsfc, 45, 15-16.
Hall, D.K., Riggs, G.A., Salomonson, V.V., DiGirolamo, N.E., & Bayr, K.J. (2002). MODIS snow-cover products. Remote Sensing of Environment, 83(1-2), 181-194.
Kadkhodaei, S., Jahanbakhsh Asl, S., & Valizadeh Kamran, K. (2020). The estimation of snowmelt runoff using SRM model (case study: Sahzab Catchment). Geography and Planning, 24(71), 319-337 (in Persian).
Khosravi, M., Tavousi, T., Raeespour, K., & Omidi Ghaleh mohammadi, M. (2017). A survey on snow cover variation in Mount Zardkooh-Bakhtyare using remote sensing (R.S). Hydrogeomorphology, 4(12), 25-44.
Larney, F., & Timmerman, L.J. (2001). An Introduction to Wind Erosion Control, Alberta Government, Alberta.
Manickam, S., & Barros, A. (2020). Parsing synthetic aperture radar measurements of snow in complex terrain: scaling behaviour and sensitivity to snow wetness and landcover. Remote Sensing, 12(3), 483.
Marsh, P., & Woo, M. (1985). Meltwater Movement in Natural Heterogeneous Snow Covers. Water Resources Research, 21, 1710-1716.
Mashayekhi, T. (1990). Application of snow hydrology in water resources surveys. Report of the Office of Water Resources Surveys, Department of Surface Water (in Persian).
Mir Yaghoobzadeh, M.H., & Ghanbarpour, M.R. (2010). Investigation to MODIS snow cover maps usage in snowmelt runoff modelling (Case study: Karaj dam basin). GEOSCIENCES, 19(76), 141-148 (in Persian).
Mohammadi Farsani, Sh. (1998). Investigation and forecasting of Zayandehrood River Basin during snowmelt. M.Sc Thesis, Shiraz University, Shiraz, Iran (in Persian).
Najafzadeh, R., Abrishamchi, A., Tajrishi, M., & Taheri Shahraeeni, H. (2005). Stream Flow with snowmelt runoff modeling using RS and GIS (Case study: Pelasjan Sub-basin). Journal of Water and Wastewater, 15(4), 2-11 (in Persian).
Nolin, A., & Dozier, J. (2000). A Hyperspectral Method for Remotely Sensing the Grain Size of Snow. Remote Sensing of Environment, 74, 207-216.
Parajka, J., Holko, L., & Kostka, Z. (2001). Distributed modelling of snow water equivalent – Coupling a snow accummulation and melt model and GIS. Institute of Hydrology, Slovak Academy of Sciences, 14, 86-102.
Porhamat, J. (2002). Distribution model of runoff from snowmelt using remote sensing data. PhD Thesis, Science and Research Branch of Azad University, Tehran, Iran (in Persian).
Porhemat, J., & Saghafian, B. (2007). Evaluation of spatial resolution of satellite data on snow cover estimates. Iranian Journal of Natural Resources, 60(2), 383-395 (in Persian).
Raigani, B., Khajeh Aldin, S.J.A.D., Soltani Koupaei, S., & Barati, S. (2008a). Analysis of MODIS snow-cover map changes during missing data period. Water And Soil Science (Journal of Science and Technology of Agriculture And Natural Resources), 12(44), 315-332 (in Persian).
Raigani, B., Soltani Koupaei, S., Khajeh Aldin, S.J.A.D., & Barati, S. (2008b). Using MODIS images and NDSI index for preparation snow cover maps. Iranian Journal of Natural Resources, 61(3), 525-536 (in Persian).
Rango, A., Walker, A.E., & Goodison, B.E. (2000). Snow and Ice. Pp. 239-270, In: G.A. Schultz & E.T. Engman (Eds.), Remote Sensing in Hydrology and Water Management, Springer Berlin Heidelberg.
Rasouli, A.A., & Adhami, S. (2007). Estimation of snow water equivalent by processing of modis satellite imageries. Geography and Development, 5(10), 23-36 (in Persian).
Rittger, K., Krock, M., Kleiber, W., Bair, E.H., Brodzik, M.J., Stephenson, T.R., Rajagopalan, B., Bormann, K.J., & Painter, T.H. (2021). Multi-sensor fusion using random forests for daily fractional snow cover at 30 m. Remote Sensing of Environment, 264, 112608.
Schneebeli, M. (2002). The importance of the microstructure of snow in nature and engineering. Pp. 87–93, In: Brebbia, C.A., L.J. Sucharov and P. Pascolo, eds. Design and nature: comparing design in nature with science and engineering, Southampton, etc., WIT press. 
Sharifi, M.R., Akhound Ali, A.M., Porhemat, J., & Mohammadi, J. (2008). Effect of elevation, slope and aspect on snow depth at Samsami Basin. Iran-Water Resources Research, 3(9), 69-79 (in Persian).
Shayan, S., Yamani, M., & Yadegari, M. (2017). Zoning of the land subsidence in the Hamedan Qarachai Watershed. Hydrogeomorphology, 3(9), 139-158.
Vafakhah, M., Mohseni Saravi, M., Mahdavi, M., & Alavipanah, S.K. (2011). Comparison of snow cover area (SCA) in NOAA and MODIS images (A case study: Taleghsn Watershed). Watershed Management Researches (Pajouhesh-Va-Sazandegi), 24(3), 80-94 (in Persian).
Warren, S.G. (1982). Optical properties of snow. Reviews of Geophysics, 20(1), 67-89.
Wiscombe, W.J., & Warren, S.G. (1980). A Model for the Spectral Albedo of Snow. I: Pure Snow. Journal of Atmospheric Sciences, 37(12), 2712-2733.
Zeynali, B., Ghale, E., & Safari, S. (2021). Extraction of snow-covered area of Sabalan Mountain using Landsat satellite images by object-oriented classification method. Hydrogeomorphology, 8(26), 79-97 (in Persian).
Zhang, Y., Cao, T., Kan, X., Wang, J., & Tian, W. (2017). Spatial and temporal variation analysis of snow cover using MODIS over Qinghai-Tibetan Plateau during 2003–2014. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 45(5), 887-897.