تحلیل فضایی مخاطرات محیطی

آشکارسازی و تحلیل واداشت تبخیر و تعرق پوشش اراضی در حوضه کارون با استفاده از محصولات سنجنده مادیس

محمدحسین ناصرزاده

این پژوهش به تحلیل پویایی های فضایی ـ زمانی تبخیر و تعرق (ET) و اثر متغیرهای بیوفیزیکی و تغییرات کاربری/پوشش اراضی (LULC) در حوضه آبریز رودخانه کارون (جنوب غرب ایران) طی دوره ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۳ می پردازد. این حوضه با وسعت ۶۷,۲۵۷ کیلومتر مربع و توپوگرافی متنوع، سالانه با اتلاف چشمگیر منابع آبی مواجه است؛ به طوری که حدود ۷۲ درصد از بارش ملی (معادل ۴۱۳ میلیارد مترمکعب) به دلیل تبخیر و تعرق از دست می رود و پیامد آن انباشت نمک و رسوب است. داده های ماهواره ای MODIS (MCD12Q1، MOD13A1، MCD43A3، MOD11A2، MOD16A3 و CHIRPS) اطلاعات مربوط به کاربری اراضی، شاخص NDVI، آلبدو، دمای سطح زمین (LST)، بارش و تبخیر و تعرق را با تفکیک مکانی ۵۰۰ متر فراهم آوردند و تصاویر لندست با قدرت تفکیک ۳۰ متر جهت اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاصل از رگرسیون چندمتغیره و رگرسیون موزون جغرافیایی (GWR) بیانگر افزایش ۳۹/۵ درصدی تبخیر و تعرق (از ۳۱/۴۸ به ۴۳/۹۲ میلی متر در سال)، رشد ۳۲/۷۸ درصدی شاخص NDVI (از ۰/۱۸ به ۰/۲۳۹) و کاهش ۱۶/۳۵ درصدی دمای سطح زمین (از ۳۳/۵۲ به ۲۸/۰۵ درجه سلسیوس) بود. این تغییرات همزمان با کاهش ۶/۹۰ درصدی اراضی کشاورزی، افزایش ۶/۹۴ درصدی مراتع و گسترش ۴۲/۷۶ درصدی جنگل ها رخ داد. مدل GWR (AdjR² بالاتر از ۰/۹۷، بیشینه ۰/۹۸۸۷ در سال ۲۰۱۰) نشان دهنده ناایستایی فضایی بود؛ به گونه ای که در مناطق کوهستانی شمال شرق برآورد بیش از مقدار واقعی و در دشت های کشاورزی جنوب غرب برآورد کمتر از مقدار واقعی مشاهده شد. همچنین، صحت سنجی با تصاویر لندست (دقت کلی ۸۵ تا ۹۰ درصد و ضریب کاپای ۰/۸۵ تا ۰/۹۰) نشان داد که حدود ۲,۴۷۷ کیلومتر مربع از جنگل ها به کاربری های با تبخیر و تعرق بالا (مراتع و کشاورزی) تغییر یافته اند که سبب افزایش ET در فصل گرم گردید.به طور کلی، نتایج این پژوهش بر اهمیت استفاده از مدل های یکپارچه هیدرولوژیکی تأکید می کند؛ مدل هایی که داده های آبیاری و تحلیل های با وضوح بالا را در بر گیرند تا راهکارهای مؤثرتری برای مدیریت پایدار منابع آب در مناطق تحت تنش آبی فراهم شود.

مدل سازی ریسک خطر وقوع فرونشست با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی (مطالعه موردی : دشت اشتهارد)

رعنا نوروزی

هدف: در دو دهۀ اخیر فرونشست به عنوان یک مخاطره ژئومورفیک و یکی از بحران های زیست محیطی، هر ساله خسارات جبران ناپذیری را به دشت های ایران تحمیل می کند که می توان گفت یکی از مهم ترین علل آن در حال حاضر برداشت غیر اصولی و بی رویه از سفره های زمینی می باشد. دشت اشتهارد به عنوان یکی از قطب های صنعتی و کشاورزی استان البرز هم از این قائده مستثنی نیست که به دلیل افت شدید سطح آب زیرزمینی توسط وزارت نیرو ممنوعۀ بحرانی اعلام شده است. از این رو در این پژوهش جهت مدلسازی ریسک خطر وقوع فرونشست در دشت اشتهارد، از روش جنگل تصادفی در محیط نرم افزار R استفاده شد.
روش پژوهش: در این راستا، ۱۲ لایه مستقل شامل نقشه ارتفاع، فاصله از آبراهه، فاصله از قنات، فاصله از چاه، فاصله از گسل، افت سطح آب زیرزمینی، تراکم زهکشی، خاک شناسی، سنگ شناسی، کاربری اراضی، شاخص رطوبت توپوگرافی و تابش خورشیدی و یک لایه وابسته شامل نقاط فرونشست مورد استفاده قرار گرفت. مدل جنگل تصادفی در محیط نرم افزار R اجرا شد. از دو شاخص مهم میانگین کاهشی دقت و میانگین کاهش ضریب جینی برای تعیین اولویت، اهمیت و وزن دهی عوامل مؤثر بر فرونشست استفاده شد و به منظور ارزیابی عملکرد مدل، از معیارهای دقت (Accuracy)، ضریب کاپا (Kappa) و منحنی ویژگی عملکرد گیرنده (ROC Curve) را مورد استفاده قرار دادیم.
یافته ها: نتایج نشان داد که مدل جنگل تصادفی دقت بالایی در طبقه بندی ریسک فرونشست زمین دارد. که ارزیابی ما هم از نظر دقت کلی ۰.۹۶۳(Accuracy)، هم از نظر توافق واقعی ۰.۶۱۱ (Kappa)، و هم از نظر قدرت تمایز ۰.۹۵۵(AUC) کاملاً علمی و معتبر بود و بیانگر آن است که مدل جنگل تصادفی برای پهنه بندی ریسک خطر وقوع فرونشست عملکرد بسیار خوبی داشته است. متغیرهای عمق آب زیرزمینی، فاصله از چاه ها، زمین شناسی و کاربری اراضی بیشترین تأثیر را در وقوع فرونشست داشتند. همچنین بیش از ۶۵٪ از مساحت منطقه در طبقات ریسک زیاد و بسیار زیاد قرار گرفت که حاکی از شرایط بحرانی منطقه است. این در حالیست که درصد مساحت کاربری شهری از سال ۲۰۱۱ تا ۲۰۲۳ روند صعودی را تجربه کرده است. به ویژه در سال ۲۰۲۳ که با افزایش تمرکز جمعیتی، بستری برای فشار بیشتر بر منابع زیرزمینی وارد آمده و فرونشست در این نواحی شدت یافته است.

واکاوی الگوهای همدیدی و مدل سازی مسیرهای انتقال و انتشار گردوغبار در استان کرمان

سعید جهانبخش اصل

توفان های گردوغبار یکی از بارزترین مخاطرات طبیعی مناطق خشک و نیمه خشک جهان است که هر ساله خسارات جبران ناپذیری را به بخش های مختلف وارد می کند. به دلیل افزایش توفان های گردوغبار در استان کرمان و مناطق کویری و بیابانی کشور، انجام پژوهشی به منظور شناسایی الگوهای همدیدی منجر به گردوغبار و تعیین خاستگاه و انتقال و انتشار این پدیده ضروری است. لذا در این پژوهش شرایط و منشاء شکل گیری توفان های گردوغبار در دوره آماری 2000 تا 2023 با استفاده از روش های همدیدی و سنجش از دوری مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از مدل HYSPLIT برای ردیابی مسیر باد و از روش های تحلیل عاملی و خوشه ای برای شناسایی الگوهای همدیدی منجر به گردوغبار استفاده شد و در نهایت خاستگاه عمده گردوغبار های استان کرمان تعیین شد. نتایج نشان داد که 63 درصد توفان های این استان منشاء داخلی و 37 درصد منشاء خارج از کشور دارند و سه الگوی جوی در گردوغبارهای استان کرمان موثرند که شامل الگوی هم شارش دو سامانه کم فشار و پرفشار، الگوی کم ارتفاع بریده و پرفشار سیبری و الگوی گرادیان فشار و هسته سرعت باد هستند. مدل سازی مسیرهای انتقال و انتشار گردوغبار نیز نشان داد که بیشترین فراوانی گردوغبار خارجی با 60 درصد از شبه جزیره عربستان به منطقه منتقل می شود و بیشترین میزان انتشار گردوغبار از استان کرمان نیز در مسیر جنوبی با 55 درصد است که سواحل مکران و دریای عمان را تحت تأثیر قرار می دهد. بررسی خاستگاه گردوغبارها نیز نشان داد که مناطق بیابانی کشورهای عربستان سعودی، عراق، سوریه و اردن و بیابان های شمال آفریقا و همچنین منابع داخلی شامل تالاب خشکیده جازموریان، کویر لوت، منطقه هامون و صحرای طبس بیشترین سهم را در گردوغبارهای استان کرمان دارند.

واکاوی سیل خرداد 1402 استان اردبیل با تاکید بر الگوهای سینوپتیکی

نفیسه رحیمی

هدف: رشد جمعیت، توسعه شهرنشینی و تغییر کاربری اراضی در دهه های اخیر موجب شده تا سیلاب به عنوان یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی در جهان شناخته شود. از این رو هدف ما شناخت مناطق سیلابی و الگوهای سینوپتیکی منجر به آن است که در راستای پیشگیری و کاهش اثرات ناشی از سیل و مقابله با آن جز مهم ترین مسایل می باشد.
روش پژوهش: در این پژوهش به منظور تهیه نقشه مناطق سیل زده، شناسایی و وسعت آب سیلاب رخ داده در خرداد ماه 1402 در استان اردبیل، تصاویر راداری SAR برای قبل و بعد از وقوع سیلاب مورد پردازش قرار گرفت، سپس برای شناسایی الگوهای سینوپتیکی نقشه روزانه ارتفاع ژئوپتانسیل تراز 500 هکتوپاسکال، فشار تراز دریا 1000 هکتوپاسکال، امگای فشار تراز 500 هکتوپاسکال و نم نسبی فشار تراز 700 هکتوپاسکال با تفکیک مکانی 5/2 درجه در 5/2 درجه عرض جغرافیایی از مرکز ملی پیش بینی محیطی و مرکز ملی پژوهش های جوی ایالات متحده (NCEP/NCAR) دریافت شد و مورد تحلیل قرار گرفت.
یافته ها: بررسی مساحت سیل حاکی از آن بود که در استان مورد مطالعه شهرستان بیله سوار با مساحت بالغ بر 593 هکتار، شهرستان پارس آباد با 505 هکتار، مشکین شهر با 245 هکتار، شهرستان گرمی با 192 هکتار، در اثر سیل دچار آب گرفتگی شده اند. آنالیز پهنه های سیلاب نیز نشان داد بیشترین حجم سیلاب وارد شده به استان اردبیل در زمان مورد مطالعه مربوط به شهرستان های شمالی استان می باشد که فراهم شدن تمامی شرایط رطوبتی و ناپایداری در تمام عمق لایه وردسپهر، منجر به رخداد بارش شدید سیلاب ساز در این مناطق شده است.
نتیجه گیری: نتایج این پژوهش، حاکی از آن است که بکارگیری داده های راداری بدلیل دارابودن قابلیت های برجسته، ابزار مفیدی در آشکارسازی و پایش دائمی سیلاب ها می باشد. لذا با آشکار سازی محدوده ها ی در معرض خطر سیل و شرایط سینوپتیکی مولد سیلاب مدیران اجرایی می توانند بهترین تصمیمات را برای مقابله با سیل های احتمالی آینده اتخاذ نمایند.

پایش دمای سطح زمین در رابطه با کاربری اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و سنجش از دور ( مطالعه موردی شهرستان بوکان )

محمود هوشیار

کاربری اراضی یکی از مهمترین جنبه های بررسی مدیریت منابع طبیعی و بازنگری تغییرات محیطی است و بررسی آن در شناخت میکروکلیمای نواحی شهری نیز دارای اهمیت زیادی می باشد. لذا باتوجه به اهمیت موضوع در این پژوهش الگوی فضایی تغییرات کاربری اراضی و دمای سطح زمین در شهرستان بوکان در دوره آماری 1990-2020 با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و سنجنده های (OLI-TIRS, ETM+, TM) و الگوریتم پنجره مجزا مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که کاربری اراضی منطقه در طول دوره مورد بررسی دارای تغییراتی زیادی بوده است بدین صورت که کاربری مسکونی افزایش و کاربری کشاورزی کاهش یافته است. نتایج حاصل از بررسی دمای سطح زمین نیز نشان داد که در سال 1990 بیشترین دما مربوط به مناطق مرتع و زمین های بایر با دمای بین 32 تا 40 درجه سلسیوس و کمترین دما مربوط به مناطق با پوشش گیاهی انبوه با دمای بین 15 تا 20 درجه سلسیوس می باشد. میزان دما در مناطق با کاربری مسکونی و شهری نیز بین 28 تا 31 درجه سلسیوس متغیر است. در سال 2020 نیز میانگین دمای کاربری مرتع 35 درجه سلسیوس، کاربری مسکونی 30 درجه سلسیوس و اراضی با کاربری باغی و کشاورزی برابر با 14 و 24 درجه سلسیوس بوده است که به غیر از کاربری مرتع که تغییرات محسوسی نداشته است سایر کاربری های مورد مطالعه افزایش دما 2 تا 4 درجه سلسیوس نسبت به سال 1990را نشان می دهند بررسی دما نسبت به تغییرات کاربری اراضی نشان دادکه همبستگی بالایی بین پوشش اراضی و دمای سطح زمین وجود دارد به طوری که در بعضی از نقاط نمونه برداری شده نشان داد که تغییر کاربری باغات به کاربری مسکونی یا مرتع باعث افزایش 15 تا 20 درجه سلسیوس دمای سطح زمین در این مناطق شده است. بر اساس نتایج کاربری اراضی و در کل پوشش گیاهی دارای رابطه غیرمسقیم و قوی با دمای سطح زمین است و با افزایش مساحت زمین های مسکونی و بایر و کاهش پوشش گیاهی و زمین های کشاورزی، دمای سطح زمین افزایش خواهد یافت.

ارزیابی تاب‌آوری شبکه توزیع آب شهری در برابر زلزله (مطالعه موردی شهر سنندج)

هادی نیری

این پژوهش با بهره گیری از روش تحلیل سلسله مراتبی (AHP) به ارزیابی آسیب پذیری و تاب آوری شبکه توزیع آب شهری در مناطق فیض آباد و بهاران شهر سنندج در برابر پارامتر بیشینه سرعت زمین (PGV) پرداخته است. هدف اصلی مطالعه شناسایی عوامل کلیدی مؤثر بر آسیب پذیری شبکه و ارائه راهکارهایی برای افزایش تاب آوری این زیرساخت حیاتی می باشد. (PGV) بر اساس داده های ۴۰ گسل با طول بیش از ۱۰ کیلومتر در شعاع ۷۰ کیلومتری شهر و با استفاده از روابط کاهندگی استخراج شد و داده های زمین شناسی، ژئومورفولوژی، نوع خاک، قطر و جنس لوله ها از منابع معتبر محلی گردآوری شد. معیارهای اصلی شامل (PGV)، زمین شناسی، خاک، جنس و قطر لوله ها با وزن های 0.460، 0.112، 0.243 و 0.182 در مدل (AHP) تلفیق و نقشه های آسیب پذیری شبکه تهیه شد. نتایج نشان داد که (PGV) در سطح شهر بین 35 تا 39 cm/s قرار دارد. در فیض آباد، کاهش PGV همراه با لوله های فولادی قطور و خاک آبرفتی کواترنر موجب قرارگیری 81 درصد شبکه در طبقه آسیب پذیری کم و تنها 2.1 درصد در طبقه آسیب شدید شد. در بهاران، (PGV) بالاتر (39 cm/s) همراه با لوله های آزبستی کم قطر و بستر شیل، 34 درصد شبکه را در طبقه آسیب پذیری خیلی شدید قرار داد. این تفاوت مکانی نشان می دهد که (PGV) به تنهایی عامل تعیین کننده آسیب پذیری نیست و برهم کنش میان (PGV)، جنس و قطر لوله و ویژگی های زمین شناسی الگوی آسیب پذیری را شکل می دهد. نتایج مطالعه چارچوبی علمی برای ارزیابی آسیب پذیری شبکه های آب ارائه کرده و امکان تداوم خدمت رسانی آب شرب در شرایط بحرانی را تضمین می کند و قابلیت تعمیم به شهرهای مشابه را داراست

تحلیل گسیختگی اکولوژیکی چمن سلطانیه در عصر آنتروپوسن: رویکردی تلفیقی مبتنی بر سنجش از دور، داده‌های هیدرواقلیمی و نظریه کاتاستروف

حسن جعفری

هدف: چمن سلطانیه، به عنوان یکی از ارزشمندترین اکوسیستم های طبیعی ایران، در دو دهه اخیر با تخریب گسترده ای مواجه شده است. هدف این پژوهش، تحلیل عوامل مؤثر بر گسیختگی اکولوژیکی این زیست بوم شکننده و شناسایی نقاط آستانه بحرانی است تا راهبردهای پیشگیرانه برای حفظ پایداری آن ارائه شود.
روش پژوهش: این مطالعه با رویکردی تلفیقی و توصیفی-تحلیلی انجام شده است. داده های مورد استفاده شامل شاخص های سنجش از دور (NDVI، LST، رطوبت خاک)، سری های زمانی هیدرواقلیمی (دما، بارش، تبخیر-تعرق پتانسیل و سطح آب زیرزمینی)، آمارهای جمعیتی و تغییرات کاربری اراضی در بازه زمانی ۲۰۰۰ تا ۲۰۲۱ است. تحلیل ها در دو سطح «کل حوضه» و «محدوده اصلی چمن» انجام شد تا از سوگیری ناشی از تغییرات کاربری در حاشیه ها جلوگیری گردد. برای اولویت بندی عوامل گسیختگی، از روش وزن دهی چندمعیاره در چارچوب نظریه کاتاستروف استفاده شد که امکان محاسبه وزن ها بر اساس مکانیسم درونی سیستم را فراهم می آورد.
یافته ها: یافته ها نشان می دهد که کاهش ۱۵ درصدی بارش مؤثر، افزایش ۱ درجه ای دمای میانگین و افت بیش از ۳۰ متری سطح آب زیرزمینی، همراه با رشد چهار برابری جمعیت و دو برابری سرانه مصرف آب، منجر به کاهش پایدار پوشش گیاهی (کاهش NDVI از 2817/0 در سال ۲۰۰۴ به 1701/0 در سال ۲۰۲۱) و گسترش چشمگیر اراضی بایر شده است. بر اساس تحلیل وزن دهی، سه شاخص «افت سطح ایستابی»، «کاهش پوشش گیاهی» و «فشار جمعیتی–آبی» به عنوان عوامل اصلی (با سهم ترکیبی ۵۰ درصد) در القای گسیختگی شناسایی شدند. نتایج تأیید می کنند که سیستم از وضعیت پایدار خارج شده و وارد فاز «میرا» گشته است.
نتیجه گیری: این مطالعه هشدار می دهد که بدون مداخله فوری در مدیریت منابع آب، کنترل گسترش شهری و بازگرداندن تعادل هیدرولوژیکی، چمن سلطانیه به زودی به یک کانون فعال گرد و غبار و بیابان زایی تبدیل خواهد شد. احیای این اکوسیستم مستلزم سیاست های علمی محور، ممنوعیت برداشت های غیرمجاز از آبخوان ها، اجرای سیستم های آبیاری هوشمند و حفاظت از پوشش گیاهی طبیعی است. چارچوب روش شناختی به کاررفته در این پژوهش همچنین می تواند به عنوان الگویی برای تحلیل و مدیریت گسیختگی های اکولوژیکی در سایر اکوسیستم های خشک و نیمه خشک جهان مورد استفاده قرار گیرد