SUPERVISOR
Reza Jafari,Saeed Soltani Kopaei,Saeed Pourmanafi
رضا جعفری (استاد راهنما) سعید سلطانی کوپائی (استاد مشاور) سعید پورمنافی (استاد مشاور)
STUDENT
Maedeh Abedi Renani
مائده عابدی رنانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده منابع طبیعی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
TITLE
Dust source identification in Isfahan Province using satellite and field data
Dust storms are a common phenomenon faced by people in arid and semi-arid areas. They are responsible for not only increased air pollution, but also several environmental, health, economic, industrial, agricultural, and plant-related problems. In order to deal with this destructive phenomenon, the sources of dust and the unique characteristics of dust-prone areas should first be determined. Therefore, this study used combinations of remotely-sensed indices, e.g. normalized difference vegetation index (NDVI), land surface temperature (LST), vegetation dryness index (TDVI), normalized difference water index (NDWI), and rain use efficiency (RUE), and slope, wind erosion, and soil texture maps to identify the sources of dust in Isfahan Province, Iran. Remotely- sensed data were collected from MODIS aboard Aqua and Terra satellites during May 9 to October 8, 2013. After performing the required corrections, the RUE, NDVI, LST, TDVI, and NDWI were calculated. In order to detect dust, the 5.7.2009 event was selected and transformed into apparent temperature using thermal-infrared dust index (TDI) and Ackerman and Miller indices. These indices, determined based on a standard fuzzy method, ranged between zero and one and values closer to one indicated more undesirable conditions (in all maps). Finally, all maps were combined using five fuzzy methods, namely Gamma, Sum, And, Or, and Product. Gamma was the most effective method in the identification of dust-prone areas. According to the obtained results, dust centers in the province are located in Isfahan, Nain, Aran and Bidgol, Ardestan, Borkhar, and Khor and Biabanak. These areas are covered with a variety of geological features including desert lands, sand dunes, low-density gravel plains, poor rangelands, and abandoned agricultural lands. For instance, 11% of the identified sources include gypsum-clay pans, clay plains, salt marshes, and sand dunes in Isfahan, particularly Segzi region. Moreover, based on the assessment of meteorological data, the highest number of dusty days belonged to spring and summer. During these times, wind roses in some weather stations showed the direction of the dominant winds in the province as west. Overall, this study suggested the high potential of remote-sensing methods. Therefore, using a combination of remotely-sensed and meteorological data facilitated the exact identification of sources of dust. A comparison between the obtained results and MEDALUS desertification intensity maps showed a high correlation between the outputs (R = 0.71). There was also high consistency between our findings and the dust atlas of Isfahan Province. Following the identification of dust sources, relevant biological, chemical, and mechanical measures should be designed to tackle dust storms and prevent the expansion of the existing sources. Since increasing dust has turned into a major problem many provinces of Iran, the simple and accurate method proposed in this study can also be used for determining the sources of dust in other provinces. Keywords : Dust source identification, NDVI, LST, TVDI, RUE, Isfahan Province
طوفانهای گرد و غبار، پدیدهای رایج در مناطق خشک و نیمهخشک است که مردمان این مناطق را درگیر خود نموده است. این طوفانها علاوه بر آلودگی هوا، در بخشهای مختلف محیطزیست، بهداشت و سلامت، اقتصاد، صنعت، گیاهان و محصولات کشاورزی اختلال ایجاد کرده است. به همین دلیل اولین گام جهت مقابله با این پدیدهی مخرب، شناسایی مناطق منشأ تولید گرد و غبار و مشخص کردن ویژگیهای منحصر به فرد این مناطق است. بنابراین هدف از این پژوهش شناسایی کانونهای گرد و غبار در استان اصفهان بوده که این امر به کمک دادههای هواشناسی و تلفیق شاخصهای سنجش از دوری RUE ,NDWI ,TVDI ,LST ,NDVIبا نقشههای شیب، فرسایش بادی و بافت خاک استان انجام گردید. بدین منظور از دادههای سنجنده مودیس واقع بر روی ماهواره آکوا و ترا از تاریخ 9 می تا 8 اکتبرسال 2003 (19 اردیبهشت تا 23 مهر سال 1382) استفاده گردید. پس از اعمال تصحیحات لازم بر روی دادهها، شاخصهای,NDWI , TVDI LST ,NDVI , RUE محاسبه گردید. همچنین به منظور بارزسازی گرد و غبار، رویداد 5/7/2009 انتخاب وجهت اعمال شاخصهای آکرمن، میلر و TDI به دمای ظاهری تبدیل شدند. تمام شاخصهای ذکر شده به روش فازی استاندارد و مقادیر بین 0 تا 1 گرفتند به طوری که در تمام نقشهها با افزایش ارزشها به سمت یک، نشاندهندهی شرایط نامناسب است. در نهایت تمام نقشهها به روش فازی And, Or Product, Sum, Gamma ترکیب گردیدند که از بین این پنج روش، Gamma، موقعیت مناطق مستعد گرد و غبار را به طور مناسبتری نشان داد. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که این کانونها در شهرستانهای اصفهان، نایین، آران و بیدگل، اردستان، برخوار و خور و بیابانک واقع شده است که شامل رخسارههای تیپ کویر ، تپههای ماسهای، دشت های ریگی کم تراکم، مراتع فقیر و زمینهای کشاورزی رها شده میباشد. به عنوان مثال حدود 11 درصد کانونهای تعیین شده با کاربریهای کفه رسی- گچی، جلگه رسی، شورهزار و تپه ماسهای در شهرستان اصفهان بهخصوص در منطقهی سجزی، میباشند. همچنین بررسی دادههای هواشناسی نشان داد که تعداد روزهای گرد و غبار در بهار و تابستان بیشترین فراوانی را دارد و گلبادهای چند ایستگاه، باد غالب استان را از سمت غرب نشان دادند. به طور کلی در این پژوهش روشهای سنجش از دور قابلیت بالایی داشتند و استفاده همزمان این دادهها با اطلاعات هواشناسی امکان تعیین کانونهای گرد و غبار را به طور دقیقتر فراهم نمود. مقایسهی نتایج این مطالعه با نقشهی شدت بیابانزایی مدالوس نشان داد که همبستگی بالایی بین این خروجیها وجود داشته (71/0R=) و همچنین نتایج این مطالعه با اطلس گرد و غبار استان اصفهان همخوانی بالایی داشت. با شناخت کانونها لازم است اقدامات بیولوژیکی، شیمیایی و مکانیکی مناسبی جهت مقابله با این پدیده اتخاذ شود و از پیشرفت این کانونها جلوگیری به عمل آید. با توجه به اینکه معضل گرد و غبار علاوه بر اصفهان، در سایر استانها نیز مشکلساز است به همین جهت، به دلیل سهولت این روش و بدست آمدن نتایج دقیق در این تحقیق، امکان به کار بردن این روش نیز برای سایر استانها پیشنهاد میگردد. کلمات کلیدی: منشأیابی گرد و غبار،NDVI ،LST ،TVDI، RUE، استان اصفهان