SUPERVISOR
Sima Fakheran,Alireza Safianian,Saeed Pourmanafi
سیما فاخران اصفهانی (استاد راهنما) علیرضا سفیانیان (استاد راهنما) سعید پورمنافی (استاد مشاور)
STUDENT
Neda Bihamta Toosi
ندا بی همتای طوسی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Multi-scale Application of Satellite Data in Assessment of Mangrove Ecosystems Using Seascape Ecology Perspective (Case Study: Qeshm Island)
Mangrove forests in Iran are highly productive and complex ecosystems since they represent the interface between land and sea. They are a unique environment for supporting biodiversity, and they provide direct and indirect benefits to humans. Investigating changes in mangrove forests is essential for ecologists and forest managers to improve the assessment and conservation of natural ecosystems. The goals of the present study include: (I) to evaluate and compare classification algorithms and multi-scale satellite imagery to detect mangrove cover in southern Iran, (II) to detect changes in mangrove cover between 1985, 1998, and 2017; and (III) using remote sensing and landscape metrics to modeling the spatial disturbance index to assess the status of mangrove forest. An accuracy assessment was conducted using k-fold cross-validation and independent validation, and differences between the classification techniques were analyzed. The percentages of increasing and decreasing cover over the entire study area are shown in a highlighted changes image made by subtracting the 1985 classification map from the 2017 map. In order to compare classified maps, and provide “from-to” change information, a post-classification comparison was applied to assess changes in mangrove cover area from the different classified images.The studied area was divided into 70 hexagonal zones with the area of 1500 hectares each. Spatial distribution, connectivity, and composition of patches in each zone were measured using 8 spatial metrics (PD, ED, AREA-MN, SHAPE-MN, ENN-MN, CONTIG_MN, SPLIT, and SHID). After standardization of metrics values, the principal component analysis was also performed in order to determine the effective metrics in disturbance and their associate weight in the spatial disturbance model. Although all algorithms produced high overall accuracy (ranging from 81% to 93%) and Kappa values (from 0.81 to 0.92), visual comparisons of the predictions revealed that Random Forest (RF) performed best. The results of the change analysis showed that mangrove cover areas decreased by approximately 4% from 1985 to 1998 and then increased by approximately 8.9% from 1998 to 2017. A change detection map shows a decrease in mangrove cover in near coastal regions, such as the Tabl and Gavarzin areas, and an increase in mangrove cover at a distance from the Qeshm coastline that involves open spaces between the trees.Rising water levels and human development are important factors in the decline of mangroves. According to the spatial disturbance index, five levels were identified in the study area including 1) without disturbance, 2) low disturbance 3) medium disturbance 4) high disturbance and 5) very high disturbance. The results showed that the mentioned classes cover 24772, 22971, 14891, 9000 and 3000 hectares of the studied area, respectively. With the approach used in this study, the disturbances map of the under management forest areas can be prepared periodically and used as one of its monitoring tools. The results of this study could contribute to our understanding of fragmentation from a seascape ecological perspective. The findings of this research are useful for the management, restoration and conservation planning of mangrove forest in southern Iran.
جنگلهای مانگرو در ایران در زمرهی اکوسیستمهای بسیار پیچیده و پرتولید قرار میگیرند چرا که این جنگلها ارمغان مشترک آب و خشکی بهشمار میروند. این جنگلها محیط زیستی ویژهای برای حمایت از تنوع زیستی است، و خدمات مستقیم و غیر مستتقیم برای انسان فراهم میکند. بررسی تغییرات در جنگلهای مانگرو به منظور بهبود و ارتقاء ارزیابی این اکوسیستم و حفاظت از اکوسیستمهای طبیعی برای بومشناسان و مدیران امری ضروری است. موضوعات مورد مطالعه در این پژوهش عبارتند از: 1) ارزیابی و مقایسه الگوریتمهای طبقهبندی و تصاویر ماهوارهای چند مقیاسی برای تهیه نقشه پوشش اراضی جنگلی مانگرو، 2) آشکارسازی تغییرات پوشش اراضی جنگلهای مانگرو بین سالهای 1363، 1388 و 1395، 3) استفاده از سنجش از دور و سنجههای مکانی برای مدلسازی شاخص آشفتگی و ارزیابی وضعیت جنگلهای مانگرو است. ارزیابی صحت برای نقشههای تولید شده با استفاده از دو روش اعتبار سنجی متقابل و مستقل انجام شد و تفاوت بین الگوریتمهای طبقهبندی کننده مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش تفاوت تصاویر مناطقی که بیشترین و کمترین درصد تغییرات داشتن با استفاده از نقشههای 1363 و 1395 مشخص شد. سپس از روش مقایسه پس از طبقهبندی و تصاویر طبقهبندی شده برای ارزیابی مقدار تغییرات و اطلاع از نوع تغییرات در اراضی جنگلی مانگرو استفاده شد. منطقه مورد مطالعه به 70 شش ضلعی با مساحتهای 1500 هکتار تقسیم شد. آشفتگی مکانی، اتصالات و ساختار لکهها در هر کدام با استفاده از هشت سنجنده (تراکم لکه، حاشیه لکه، ، میانگین اندازه لکه، میانگین شکل لکه، فاصله نزدیکترین همسایه، پیوستگی، خردشدگی و تنوع شانون) برای هر یک از شش ضلعیها اندازهگیری شد. پس از استانداردسازی مقدار سنجهها، با استفاده از تجزیه مولفههای اصلی وزن هر سنجه برای مدلسازی آشفتگی مکانی تعیین شد. همه الگوریتمهای بهکار برده شده نقشههای با دقت بالایی را (81 درصد تا 93 درصد) و ضریب کاپا (810/0 تا 92/0) تولید کردند، اما مقایسه بصری نقشهها نشان داد که الگوریتم جنگل تصادفی عملکرد بهتری داشته است. نتایج حاصل از آنالیز تغییرات نشان داد که اراضی جنگلها مانگرو از سال 1363 تا 1388 حدود 4 درصد کاهش یافته و از سال 1388 تا 1395 حدود 9/8 درصد افزایش داشته است. نقشه حاصل از آشکارسازی تغییرات نشان دهنده کاهش اراضی جنگلهای مانگرو در حاشیه مناطق ساحلی و نزدیک به ساحل مانند مناطق طبل و گورزین، و افزایش اراضی جنگلهای مانگرو در فاصلهای دورتر از ساحل و فضاهای بین درختان است. تغییرات سطح آب و توسعه انسانی از عوامل مهم در کاهش مانگروها است. براساس شاخص آشفتگی مکانی منطقه مورد مطالعه در پنج طبقه بدون آشفتگی، آشفتگی کم، آشفتگی متوسط، آشفتگی زیاد و آشفتگی بسیار زیاد طبقهبندی شد. این طبقات به ترتیب حدود 24772، 22971، 14891، 9000، 3000 هکتار از منطقه مورد مطالعه را دربر میگیرند. با رویکرد استفاده شده در این مطالعه، تهیه نقشه آشفتگی مکانی در مناطق تحت مدیرت به صورت دورهای میتواند بهعنوان ابزاری برای پایش و اطلاع از میزان قطعهشدگی بومشناسی سیمای دریا بهکار گرفته شود. یافتههای حاصل از این پژوهش میتواند برای برنامهریزیهای مدیریتی، حفاظت و احیاء جنگلهای مانگرو در جنوب ایران مورد استفاده قرارگیرد.