گزارش پژوهشی و تحقیقی درباره تغییرات اقلیمی و اراضی کویر میقان/در امتداد کویر

یکشنبه ۲۶شهریور ۹۶ شماره ۶۸۱

وقایع استان: در سـال های اخیر خطــــر بیابان زایی و رشد کویر یکی از موضوعات مهم در مقیاس محلی و جهانی بوده است که می تواند ناشی از نتایج تغییرات اقلیمی و ضعف در مدیریت صحیح محیط باشد. بیابان پدیده‌ای است که روز‌به‌روز توسعه می‌یابد به ویژه برای کشورهای کم‌آب، خشک و نیمه‌خشک زنگ خطری است که باید جدی گرفته شود. در کنار بیابان، مفهوم دیگری به نام کویر وجود دارد. گرچه در اصطلاح عامیانه «کویر» و «بیابان» را به‌جای یکدیگر به‌کار می‌برند ولی بین این دو اصطلاح تفاوت اساسی وجود دارد. بیابان به بخشی از مناطق خشک می‌گویند که بارندگی کمتر از ۵۰ میلیمتر دارد و ممکن است چند سال در آن باران نبارد و با کم‌آبی و تبخیر شدید مواجه است و پوشش گیاهی بسیار ضعیف دارد. اما کویر زمین‌های رسی پف کرده، با شوری و نمک بسیار شدید است که گیاهان درآن نمی‌توانند رشد کنند. در بعضی از آنها که شوری کمتر است، ممکن است گیاهانی مانند گزوشور که در برابر املاح نمکی مقاوم هستند رشد کند، بنابراین کویر معمولاً زمین‌هایی با شوری بالا و بدون گیاه است که به آن نمکزار نیز گفته می‌شود. در حدود یک‌سوم از سطح کره زمین کویری است. با توجه به اهمیت موضوع تغییرات اقلیمی و بویژه رشد کویر مقاله ای علمی و پژوهشی در این رابطه برای افزایش آگاهی خوانندگان روزنامه وقایع استان منتشر خواهد شد.
تکنولوژی سنجش از دور به دلیل تولید تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک طیفی و مکانی بالا، به عنوان وسیله ای کارآمد برای آشکارسازی و ارزیابی تغییرات اقلیمی شناخته شده است. در تحقیق پیش رو با استفاده از داده های اقلیمی و همچنین تصــاویر MSS ، TM، ETM+ ماهواره لندست مربوط به سال های ۲۰۰۰،۱۹۸۵،۱۹۷۳ و۲۰۱۱، روند تغییرات اقلیمی و تغییرات اراضی کویر میقان مورد بررسی قرار گرفته است.

امروز مسئله تغییرات اقلیمی که یکی از جنبه های مهم اقلیم به شمار می رود، چالش جدی قلمــــداد می شود. طی دو میلیون سال گذشته متوسط سالانه دمای زمین چندین درجه سانتیگراد نوسان داشته است. انتظار می رود که افزایش دمای جهان، الگوی بارندگی، رطوبت خاک و سایر عوامل اقلیمی مرتبط با پدیده های طبیعی و محصولات کشاورزی را به شدت تغییر دهد. خشکسالی به عنوان یکی از بلایای طبیعی از دیرباز در کشورهای مختلف به خصوص مناطق گرم و خشک به وقوع پیوسته است. میزان بارندگی در نواحی خشک به کمتر از ۳۰۰ میلیمتر در سال محدود می شود و اغلب نیز بیش از ۱۰۰ میلیمتر نیست که در مقایسه با مقادیر تبخیر و تعرق که گاه به چندین متر می رسد؛ بسیار اندک است.
کاهش یا نابودی محصولات کشاورزی، تغییر اکوسیستم منطقه و نابودی حیات وحش، پیشروی کویر، افزایش آتش ســــوزی جنگل ها و مراتع، افزایش مهاجرت از روستا به شهر، ایجاد قحطی و… از جمله پیامدهای زیانبار پدیده خشکسالی می باشد. در سال های اخیر خطر بیابان زایی یکی از موضوعات مهم در مقیاس جهانی هم به لحاظ محیطی و هم شرایط اقتصادی و اجتماعی بوده که می تواند ناشی از تغییرات اقلیمی و ضعف در مدیریت صحیح محیط می باشد.
گسترش نواحی خشک و بیابــانی و پیامدهای بیابان زایی در بسیاری از کشورها از جمله ایران عامل اصلی بر سر راه توسعه پایدار بشمار می آید. بی دلیل نیست که وقوع خشکسالی، موتور محرکه بیابان زایی نام گرفته است. اگرچه تعیین سهم دقیق تغییر اقلیم در مسئله بیابان زایی موضوع ساده ای نیست ولی بدون تردید تغییر اقلیم می تواند شدت این پدیده را تشدید نماید.
لازمه مدیریت صحیح عرصه ها ومحیط های طبیعی، داشتن آمـــار و داده های بهنگام است. پارامتر اقلیمی (دما و بارش) به همراه داده های سنجش از دور، فاکتورهای اساسی برای استخراج فرایند تغییر در سطح زمین و بیابان زایی می باشند.
یکی از مهمترین روش ها برای بررسی تغییرات کاربری ها، استفاده از داده های حاصل از سنجش از دور است. داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای به دلیل تصویربرداری مداوم، امکان مقایسه با داده های گذشته و سهولت دسترسی باعث شده که این داده ها از اهمیت بسزایی برخوردار باشند.
آشکارسازی تغییرات شامل کاربرد مجموعه داده های چند زمانه به منظور مشخص کردن مناطقی است که کاربری و پوشش زمینی آنها در تاریخ های مختلف تصیربرداری تغییراتی داشته اند. این تغییرات ممکن است ناشی از تغییرات پوشش در کوتاه مدت مانند برف، سیلاب، تغییرات کاربری چون توسعه شهری و تبدیل اراضی کشاورزی با کاربری مسکونی و صنعتی باشد.
در حال حاضر به دلیل نقص و کمبود داده های زمینی، هزینه بالای جمع آوری داده های مکانی و نیز کیفیت و میزان تغییرات پوشش اراضی بخصوص اراضی کویری، استفاده از تصاویر ماهواره ای چند طیفی، در این زمینه رشد روز افزونی داشته است. از قابلیت های تکنیک سنجش از دور، می توان به برداشت داده ها برای دوره های زمانی گوناگون و در سطوح وسیع اشاره نمود که در مدت زمان کوتاه مورد پردازش و تفسیر سیستماتیک قرار گرفته، سپس با تکنیک های مدلسازی مکانی در سامانه اطلاعات جغرافیایی روند تغییرات اراضی نشان داده می شود. در ادبیات تحقیقی جهان مطالعات متفاوتی بر روی بیابانها و روند بیابان زایی انجام گرفته است. در مطالعه ای که در سال ۱۹۹۳ در زمینه عوامل محیطی موثر بر بیابان زایی صورت گرفت از تصاویر TM لندست و MSS همراه با داده های آماری هواشناسی استفاده شده و شدت و درجات متفاوتی از بیابان زایی در ایالت راجاستین مورد آشکارسازی قرار گرفت.
روند بیابان زایی در منطقه ای از هندوستان برای دو مقطع زمانی ۱۱ ساله با استفاده از داده های رقومی ماهواره لندست TM، MSS و IRS-1 هندوستان بررسی شد و در این بررسی مساحت۰/۷۵ درصدی مناطق شور، به حدود ۶/۱۹ درصد افزایش یافت. همچنیــن با استــفاده از داده هــای AVHRR-NOAA تغییرات پوشش اراضی قاره آفریقا را بین سال های ۱۹۸۲ و ۱۹۹۱ مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفت.
در غرب آسیا با استفاده از GIS و RS نقشه بیابان زایی تهیه گردید و طبقات بیابان زایی به چهار گروه کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد گروه بندی گردید.
همچنین با استفاده از GIS و تصاویر ماهواره ای لندست، تغییرات اراضی منطقه ی شمال غرب سواحل مصر، طی سال های ۱۹۸۷ تا ۲۰۰۱ بررسی شد و علت تغییرات پوشش اراضی، طرح های توسعه کشاورزی و توریسم و سکونتگاه های شهری، انفصال و گسستگی در نوع پوشش اراضی تعیین گردید. در مطالعه ای دیگر؛ فرایند بیابان زایی را با استفاده از تصاویر TM مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که از ۱۹۹۵ تا ۲۰۰۱ حدود ۵۱ کیلومتر مربع بر نواحی بیابانی چین افزوده شده است. در مرور تحقیقات مشابه داخلی می توان به بررسی روند تغییرات بیابان زایی در استان خوزستان با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای و GIS در دوره ۲۷ ساله اشاره نمود که در مقدار تخریب خاک ناشی از فرسایش ۱۵/۶ درصد افزایش یافتــه و به طور متوسط سالانه ۴۵ هکتار از اراضی منطقــه را شامل شده است. همچنین، میزان تخریب و عوامل موثر بر آن در شمال کاشان طی سال های ۱۹۷۶-۱۹۸۸ با استفاده از تصاویر MSS و TM بررسی شده و عوامل مهم در تخریب را افزایش جمعیت و بهره برداری زیاد از منابع زیرزمینی قلمداد شده است.
در مطالعات دیگر، روند و علل بیابان زایی در شمال شهر اصفهان با استفاده از فناوری سنجش از دور و GIS مهمترین عوامل طبیعی موثر بر بیابان زایی را خشکسالی، شور شدن منابع آب و خاک و مهمترین عوامل موثر انسانی بر بیابان زایی؛ تبدیل اراضی مرتعی به زمین های کشاورزی، الگوی غلط کشاورزی، چرای بیش از حد دام، وضعیت نامناسب اقتصادی و برداشت بی رویه آب های زیرزمینی تشخیص داده شد. در سال ۱۳۸۸ روند بیابان زایی را در استان قم با استفاده از داده های سنجش از دور با تاکید برتغییرات استفاده از اراضی مورد بررسی قرار گرفت که در این مطالعــه از داده های ماهواره ای ETM+ و TM و داده های هیدرومتری و هواشناسی استفاده شد و فعالیت های انسانی و دستکاری در طبیعت دو عـــامل تشدید بیابان زایی عنوان گردید.
پژوهش حاضر در پی آن است تا با بررسی و تجزیه و تحلیل داده های اقلیمی و مقایسه تفسیری تصاویر ماهواره ای منطقه، تغییرات حاصل از گسترش کویر بر روی پوشش اراضی و همچنین اثرات تغییر اقلیم بر این فرایند را در حوزه کویر میقان مورد ارزیابی قرار دهد.
 قلمرو و بستر مکانی پژوهش
محدوده مورد مطالعه حوزه کویر میقان اراک را شامل می شود که در فاصله ۸/۵ کیلومتری شمال شرق شهر اراک واقع است. این محدوده؛ عرض جغرافیایی ۳۴ درجه و ۸ دقیقه تا ۳۴ درجه و ۱۶ دقیقه شمالی و طول جغرافیایی ۴۹ درجه و ۴۷ دقیقه تا ۴۹ درجه ۵۴ دقیقه شرقی را در بر می گیرد. ارتفاع متوسط حوزه میقان از سطح دریا معادل ۱۶۰۰ متر است. پلایای میقان از غرب به جاده اراک- فرمهین، از جنوب به جاده آسفالته و راه آهن اراک-تهران، از شمال به شهر آشتیان و از شرق به جاده سلفچگان – قم محدود می شود.
 مواد و روش ها
داده های مورد استفاده در این تحقیق عبارتند از :
۱٫ داده های آماری هواشناسی استان مرکزی(۱۹۷۳-۲۰۱۱)
۲٫ تصاویر ۱۹۷۳MSS ماهواره لندست
۳٫ تصاویر ۱۹۸۵ETM+ و TM سال های ۲۰۰۰-۲۰۱۱ماهواره لندست
۴٫ مدل رقومی ارتفاعی( DEM) و نقشه توپوگرافی ۱:۵۰۰۰۰ سازمان نقشه برداری کشور
مطالب زیر به تشریح چگونگی دستیابی به اهداف تحقیق می پردازد:
در ابتدا، تصاویرچندزمانه، با استفاده از نقشه های توپوگرافی ۱:۵۰۰۰۰ منطقه مطالعاتی و با استفاده از نقاط متعدد کنترل زمینی، توابع چند جمله ایِ درجه یک، با خطای کمتر از یک پیکسل تصحیح هندسی شده و اندازه تصاویر ETM+ و TM ،MSS از طریق انطباق تصاویر (بروز رسانی مختصاتی) یکسان شدند. برای وضوح بصری و تهیه تصویر رنگی کاذب، در تصاویر MSS از ترکیب باندی RGB 3-2-1 و برای تصاویر و ETM+ از RGB 3-2-1 استفاده شد.
برای بدست آوردن شدت تغییرات ایجاد شده طی هر دوره زمانی و حذف مناطقی که از لحاظ شدت تغییرات کم ارزیابی می شوند، از روش تفریق باندهای مشابه طیفی استفاده شد. سپس باندهای تفریقی استفاده از توابع Fuzzy، با تابع خطی فازی سازی شدند. به دلیل وجود اطلاعات متفاوت از کاربری های متنوع موجود در باندهای تفریقی،این باندها با حالت های مختلف گاما بوسیله ابزار،Fuzzy Overlayتلفیق شده و گامای ۰/۸ بهترین گزینه برای نشان دادن شدت تغییرات، تشخیص داده شد. تمامی مناطقی که از لحاظ میزان تغییرات فازی کم ارزیابی شده بودند، قبل از طبقه بندی حذف شدند(ماسک مناطق بدون تغییر). به منظور طبقه بندی پوشش اراضی به چهار طبقه (اراضی کویری، اراضی بایر،پوشش گیاهی و کوه) از روش طبقه بندی نظارت شده از نوع حداکثر مشابهت (MLC) استفاده شد و نمونه های آموزشی با انحراف معیار کمتر از سه (به جهت اطمینان از نرمال بودن توزیع کلاس ها) برداشت شدند. در نهایت به منظور طبقه بندی تصویر در دو کلاس کویر و غیر کویر بدست آمد و برای بررسی دقت طبقه بندی، از ماتریس خطای طبقه بندی و شاخص کاپا استفاده شد.
 شدت تغییرات فازی
نتایج حاصل از مقایسه نوع تغییرات در پوشش اراضی کویری و همچنین شدت تغییرات ایجاد شده در منطق فازی و گامای ۰/۸ طی دوره های مختلف، مبین وجود همبستگی مثبت و بالا می باشد.
 ارزیــابی دقت طبقه بندی
دقت نقشه حاصل از طبقه بندی تصاویر ماهواره ای بسیار با اهمیت است. به دلیل اینکه از این نقشه ها ممکن است در برنامه ریزی و مدیریت محیطی و منطقه ای استفاده شود و باید میزان دقت و قابلیت اعتماد این نقشه ها مشخص شود.
 بررسی داده های اقلیمی (دوره ۱۹۷۳-۲۰۱۱)
– پارامتر مجموع بارش ماهانه و سالانه
مجمـــوع بارش ماهانه برای دوره ۱۹۷۳-۱۹۸۵ و ۱۹۸۶-۲۰۰۰ ماه جولای به ترتیب دارای روند کاهشی و افزایشی و دسامبر کل دوره ۲۰۰۱-۲۰۱۱ دارای روند کاهشی بارش بوده است. سایر ماه ها دارای نوسان کاهش یا افزایش بارش دما بوده و از روند برخوردار نیست.
– میانگین دمای حداکثر ماهانه وسالانه
بــرای میانگین دمای حداکثر ماهانه و سالانه، دمای ماه های فوریه و مارس مربوط به کل دوره ۱۹۷۳-۲۰۱۱ روند افزایشی و در آمار سالانه، روند وجود ندارد و افزایش یا کاهش دما، حاکی از نوسان است.
– میانگین دمای حداقل ماهانه وسالانه
برای پارامتر میانگین دمای حداقل ماهانه وسالانه ماه می، ژوئن و جولای برای دوره ۱۹۷۳-۱۹۸۵ دارای روند کاهشی بوده درصورتی که برای امار کل دوره ۱۹۷۳-۲۰۱۱ ماه جولای دارای روند افزایشی بوده است و در بقیه ماه ها ی دوره های مختلف روند مشاهده نشده است.
-دوره(۱۹۷۳-۱۹۸۵)
در دوره اول، پارامتر اقلیمی – بارش ماه جولای، دارای روند کاهشی و بقیه ماه ها کاهش بارش را به صورت نوسان نشان می دهد. در این دوره پارامتر سالانه بارش، روند کاهشی (-۰/۱۵۴) را نشان می دهد. طی این دوره پارامتر دمای حداقل و حداکثر در اکثــر ماه ها دارای نوسان کاهشی یا افزایشی بوده است.
در این دوره مساحت کویر ۱۲۳/۸۹ کیلومترمربع بوده، که در انتهای دوره یعنی سال ۱۹۸۵ به ۱۳۹/۸۹ کیلومترمربع رسیده است، یعنی جمعاَ به مقدار ۱۵/۹۹ کیلومترمربع بر مساحت کویر اضافه شده است. مساحت اراضی غیرکویری درسال ۱۹۷۳، معادل ۴۰۳/۴۶ کیلومترمربع بوده و درسال ۱۹۸۵ یعنی انتهای دوره، به ۳۸۷/۴۶ کیلومترمربع کاهش یافته است. در این دوره ۲/۵۲ درصد به اراضی کویری افزوده شده است.
– دوره (۱۹۸۶-۲۰۰۰)
در دوره دوم برای ماه های فوریه، مارس، اوریل، می و اگوست، نوسان کاهش بارش وجود دارد (ماه فوریه به لحاظ دوره زمانی بارش در ایران از اهمیت بالایی برخوردار است)، ولی میانگین سالانه بارش افزایش ۰/۱۰ (نوسان) را نمایش می دهد. پارامتر دمای حداکثر، بیشتر ماه ها افزایش دما (نوسان) را دارا بوده و پارامتر دمای حداقل نیز افزایش (نوسان) را در اکثرماه ها بازگو می کند.
در این دوره مساحت کویر از ۱۳۹/۸۹ کیلومترمربع در ابتدای دوره، به ۱۴۸/۴۹ کیلومترمربع در سال ۲۰۰۰ افزایش می یابد، یعنی در مجموع، مساحتی معادل ۸/۶ کیلومترمربع به مساحت کویر اضافه می شود. مساحت اراضی غیرکویری طی این دوره، از ۳۸۷/۴۶ کیلومترمربع به ۳۷۸/۴۹۳۷ کیلومترمربع تنزل می یابد. بنابراین در این دوره ۱/۶۳ درصد به اراضی کویری افزوده شده است.
– دوره (۲۰۰۱-۲۰۱۱)
در دوره سوم ماه دسامبر دارای روند کاهشی بارش و ماه های ژانویه، مارس، اوریل، می، جولای، اکتبر و نوامبر، نوسان کاهش بارش را نشان می دهند. پارامتر بارش، روند کاهش بارش سالیانه (-۰/۳۰۹) را نمایش می دهد. دمای حداقل و حداکثر دارای نوسان کاهشی یا افزایشی دما می باشد.
دراین دوره مساحت کویر از ۱۴۸/۴۹۳۷ کیلومتر مربع به ۱۵۸/۴ کیلومترمربع رسیده است که در مجموع ۹/۹ کیلومترمربع بر مساحت کویر اضافه شده است. مساحت اراضی غیرکویری از ۳۸۰/۴۰ به ۳۶۸/۹۵ کیلومترمربع تقلیل یافته است که نشان دهنده پیشروی کویر طی این دوره بوده و در مجموع، ۱/۸۱ درصد به اراضی کویری اضافه گردیده است.
– کل دوره (۱۹۷۳-۲۰۱۱)
در بررسی آمارهای اقلیمی مجموع کل دوره ۳۸ ساله (۱۹۷۳-۲۰۱۱) ماه های فوریه و دسامبر، روند کاهش بارش و ماه های ژانویه، مارس، ژوئن و نوامبر نوسان کاهشی بارش را نشان دادند. میانگین سالانه کل دوره، روند کاهش بارش (-۰/۲۳۸) را نمایش می دهد ماه های فوریه و مارس روند افزایش دما و جولای نیز روند صعودی دمای حداقل را نشان می دهد. میانگین کل سالانه دمای حداقل و حداکثر، نوسان افزایش دما را نشان می دهد.
نتایج بررسی و تفسیر تصاویر ماهواره ای کل دوره(۱۹۷۳-۲۰۱۱) حاکی از افزوده شدن ۳۴/۵ کیلومترمربع از پوششِ کویری در اراضیِ غیرِ کویری می باشد و همبستگی منفی (-۰/۹۹۸) بین کاهش بارش و پیشروی کویر در سه دوره فوق وجود داشته است، بطوری که طی کل دوره مجموعا ۶/۹۶درصد به اراضی کویری افزوده شده است.
 نتیجه گیری
در سال های اخیر بیابان زایی و رشد کویر ناشی از تغییرات اقلیمی و ضعف در مدیریت محیط، یکی از موضوعات مهم در مقیاس جهانی بوده است. تحقیق حاضر با بررسی سیستمی و ترکیبی، با استفاده از تصاویر ماهواره ای و داده های اقلیمی به بررسی تغییرات حوزه کویر میقان پرداخته است. نتایج تفسیر تصاویر ماهواره ای و بررسی پارامترهای اقلیمی منطقه کویر میقان طی دوره ۳۸ ساله، حاکی از آن است که تغییرات اقلیمی(کاهش بارش و افزایش دما)، در افزایش مساحت اراضیِ کویری تاثیر مثبت داشته است؛ بطوری که با کاهش بارش (بخصوص بارش سالانه) و به تبع آن بروز خشکسالی های اخَیر، رشد بیابان و کویرزایی روند صعودی بخود گرفته است، بطوری که میزان این هم بستگی(پیرسون) برای سال های مذکور، محاسبه شده است. نتایج این مطالعه حاکی از روند گسترش متوسط سالانه کویر به میزان ۰/۹۰۵ کیلومتر بوده است که توجه کل مدیران و مسئولان را به این امر، در راستای برنامه ریزی برای کویر زدایی طلب می کند.

منبع: مقاله منتشر شده در نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی با نام «اشکارسازی تغییرات حوزه کویر میقان با استفاده از تصاویر MSS، TM، +ETM و داده های اقلیمی در دوره ۱۹۷۳-۲۰۱۱/ زمستان۹۲/ پرویز ضیائیان فیروزآبادی دانشیار سنجش از دور و GIS دانشکده علوم جغرافیایی دانشگاه خوارزمی تهران، حمیدرضا تلخابی کارشناسی ارشد جغرافیا و برنامه ریزی شهری دانشگاه خوارزمی و لیلا حسینجانی کارشناس ارشد اقلیم در برنامه ریزی محیطی دانشگاه خوارزمی