Analysis of agricultural drought using remote sensing indices (Case study: Marivan city)

Subject Areas : Geospatial systems development

Karim Solaimani ¹ , Shadman Darvishi ² , Fatemeh Shokrian ³

1 - Prof. Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 - MSc. Graduated of Remote Sensing and Geographic Information Systems, Faculty of Environmental Sciences, Haraz Institute of Higher Education, Amol
3 - Assist. Prof. Department of Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

Received: 2019-02-18 Accepted : 2019-07-02 Published : 2019-07-23

Keywords: Marivan, Normalized difference vegetation index (NDVI), Vegetation drought index (VDI), Landsat images, Vegetation health index (VHI),

Abstract :

The effects of drought can be represented as water resources declinations, vegetation and consequently, reducing agricultural production. To study and monitor drought, it is necessary to quantify its effects using drought indices.  The purpose of this study was to analyze drought in Marivan city using Landsat images from 2000 to 2017. After preprocessing the images, vegetation drought index (VDI) and vegetation health index (VHI) were extracted. Assessment of the indices showed that agricultural drought in VDI index was not observed in any year, and the values of this index were close to 100 that it indicates normal and optimal conditions. So, from 2000 to 2004 the normal conditions and from 2008 to 2017 have been optimal conditions in the dominant region. The results of VHI also show the Conditions without drought in the region. According to this index, extreme drought, severe drought and moderate drought in the studied years did not occur. The largest area of mild drought in the eastern and southeastern parts of the region in 2000, 2001, 2003, and 2005 was 38.23, 38.28, 12.29 and 35.74 km2, respectively. In general, According to the main emphasis of this study, based on VDI and VHI indices, from 2000 to 2017 (with the exception of  2012), the results indicate the absence of agricultural drought in the Marivan city. Considering the benefits of satellite images such as broader coverage, higher temporal resolution, and lower cost, it is recommended to use the knowledge of remote sensing for drought study.

References:

اسدی می‌آبادی، ا.، د. اخضری، ح. نوری و م. بشیر گنبد. 1394. مطالعه اثر خشک‌سالی بر تغییرات پوشش گیاهی در اراضی مرتعی و کشاورزی بر مبنای داده‌های میدانی و ماهواره‌ای (مطالعه موردی: جنوب استان همدان). نشریه مرتع­داری، 2(1): 23-34.

باعقیده، م.، ب. علیجانی و پ. ضیائیان. 1389. بررسی امکان استفاده از شاخص  NDVI در تحلیل خشک‌سالی‌های استان اصفهان. نشریه مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 1(4): 1-16.

پرویز، ل.، م. خیاط‌خلقی، خ. ولیزاده‌کامران، ش. عراقی‌نژاد و پ. ایران‌نژاد. 1390. بررسی کارایی شاخص‌های منتج از فناوری سنجش‌ازدور در ارزیابی خشک‌سالی هواشناسی( مطالعه موردی: حوزه آبریز سفیدرود). نشریه جغرافیا و توسعه، 9(22): 147-169.

چایچی، م. و م. شهابی‌فر. 1387. پایش خشک‌سالی کشاورزی با استفاده از شاخص‌های ماهواره‌ای در استان تهران. اولین کنفرانس بین‌المللی بحران آب،  زابل، دانشگاه زابل, پژوهشکده تالاب بین‌المللی هامون، 20 تا 22 اسفندماه، 8 صفحه.

حمزه، س.، ز. فراهانی، ش. مهدوی، ا. چترآبگون و م. غلام‌نیا. 1396. پایش زمانی و مکانی خشک‌سالی کشاورزی با استفاده از داده­ های سنجش‌ازدور موردمطالعه: استان مرکزی ایران. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 4(3): 53-70.

دارند، م. 1394. روند سهم ماندگاری‌های بارش در بسامد رخداد روزهای بارشی و تأمین مقدار بارش استان کردستان، نشریه جغرافیا. برنامه‌ریزی محیطی، 26(3): 291-312.

دماوندی، ع. ا.، م. رحیمی، م. ر. یزدانی و ع. ا. نوروزی. ۱۳۹۵. پایش مکانی خشک‌سالی کشاورزی از طریق سری‌های زمانی شاخص‌های NDVI و LST داده‌های MODI (مطالعه موردی: استان مرکزی). نشریه اطلاعات جغرافیایی، ۹۹(۲۵): ۱۱۵-126.

رضایی مقدم، م، ح.، خ. ولی‌زاده کامران، ه. رستم زاده و ع. رضایی. 1391. ارزیابی کارایی داده­های سنجیده MODIS در برآورد خشک‌سالی (مطالعۀ موردی: حوزه آبریز دریاچه ارومیه). نشریه جغرافیا و پایداری محیط، 2(5): 37-52.

رضایی­ بنفشه، م.، ع. رضایی و م. فریدپور. 1394. پایش خشک‌سالی استان آذربایجان شرقی با تأکید بر سنجش‌ازدور و شاخص وضعیت پوشش‌گیاهی. نشریه دانش آب‌وخاک، 25(1): 113-123.

سلطانی، م.، ع. سلطانی، م. کله هوئی و ک. سلیمانی. 1398. پایش خشک‌سالی منطقه‌ای با استفاده از تصاویر لندست- منطقه موردمطالعه: شهرستان کرمانشاه. نشریه اطلاعات جغرافیایی(سپهر)، 28(109): 137-146.

شایان، س.، م. شریفی‌کیا و ن. ناصری. 1396. تحلیل خشک‌سالی رودخانه مرزی الوند با استفاده از داده‌های سنجش‌ازدور، نشریه پژوهش‌های فرسایش محیطی، 3(27): 55-69.

علوی پناه، س. ک.، ح. ر. متین فروع. رفیعی امام. 1387. کاربرد فناوری اطلاعات در علوم زمین(خاک‌شناسی رقومی). چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران، 457 صفحه.

علیزاده ربیعی، ح. ۱۳۸۸. سنجش‌ازدور (اصول و کاربرد). چاپ دهم، انتشارات سمت، 292 صفحه.

فاطمی، ب. و ی. رضایی. 1389. مبانی سنجش‌ازدور. چاپ دوم، انتشارات آزاده، 296 صفحه.

فاضل دهکردی، ل.، ط. سهرابی، م. ح. قناویزباف و ر. قضاوی. 1395. پایش خشک‌سالی با استفاده از تصاویر سنجنده مودیس (MODIS) در مناطق خشک (مطالعه موردی: مراتع استان اصفهان). نشریه اطلاعات جغرافیایی، 27(3): 177-190.

فاضل دهکردی، ل.، ط. سهرابی، ف. محمودی کهن. 1394. پایش خشک‌سالی با استفاده از تصاویر سنجنده مودیس (MODIS) در مناطق خشک (مطالعه موردی: مراتع استان یزد)، نشریه مهندسی اکوسیستم بیابان، 4(9): 81-94.

فرامرزی، م. و ح. نوری. ۱۳۹۴. بررسی و امکان‌سنجی شاخص‌های گیاهی و حرارتی ماهواره لندست در تحلیل خشک‌سالی کشاورزی (مطالعه موردی: شهرستان ملایر). نشریه‌ تحقیقات جغرافیایی، ۳۰ (۳): ۱۳۹-152.

کریمی، م. و ک. شاهدی. 1397. بررسی خشک‌سالی هواشناسی، هیدرولوژیکی و کشاورزی بـا استفاده از شاخص‌های خشک‌سالی(مطالعة موردی: حوزه آبخیز قره‌سو). نشریه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 9(2): 1-16.

محمدی، ش.، خ. حبشی و س. پورمنافی. 1397. پایش و پیش‌بینی تغییرات کاربری/پوشش اراضی و ارتباط آن با خشک‌سالی (مطالعه موردی: ریز حوزه پارسل B₂ حوزه آبخیز زاینده‌رود). نشریه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 9(1): 24-39.

محمدزاده، ک. و ب. فیضی‌زاده. 1396. مدل‌سازی اثرات خشکی دریاچه ارومیه بر روند گسترش شوری در اراضی کشاورزی حاشیه شرقی دریاچه با استفاده از تکنیک فازی شیءگرا، نشریه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 8(3): 76-56

میراحسنی، م، س، سلمان ماهینی، ع. ر. سفیانیان، ر. مدرس، ر. جعفری و ج. محمدی. 1396. ارزیابی شاخص ذخیره آب پوشش‌گیاهی تصاویر سری زمانی سنجنده MODIS در پایش خشک‌سالی حوزه آبخیز گاوخونی. نشریه بوم‌شناسی کاربردی، 6(4): 31-47.

نبی زاده بلخکانلو،  ع.، ز. حجازی زاده و پ. ضیائیان فیروزآبادی. 1397. ارزیابی وضعیت دمایی پوشش گیاهی (VTCI) برای پایش خشک‌سالی در حوزه آبریز سیمینه‌رود دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر ماهواره MODIS. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 18(50): 129-139.

هاشمی دره بادامی، س.، ع. خزایی و س. ک. علوی پناه. 1394. بررسی تأثیر بام‌های انعکاسی در کاهش اثر جزیره حرارتی شهری با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای (مطالعه موردی شهر کرمانشاه). نشریه مطالعات و پژوهش‌های شهری و منطقه‌ای، 7(25): 1-18.

Allen R, Bastiaanssen W, Waters R, Tasumi M, Trezza R. 2002. Surface energy balance algorithms for land (SEBAL). Idaho implementation-Advanced training and users manual, version, 1: 97.

Artis DA, Carnahan WH. 1982. Survey of emissivity variability in thermography of urban areas. Remote Sensing of Environment, 12(4): 313-329.

Bokusheva R, Kogan F, Vitkovskaya I, Conradt S, Batyrbayeva M. 2016. Satellite-based vegetation health indices as a criteria for insuring against drought-related yield losses. Agricultural and Forest Meteorology, 220: 200-206.

Das P, Palchaudhuri M, Biswas S, Deka PC. 1987. Analysis of Agricultural Drought Severity Using MODIS Satellite Images.

Ghaleb F, Mario M, Sandra A. 2015. Regional landsat-based drought monitoring from 1982 to 2014. Climate, 3(3): 563-577.

Jeyaseelan A. 2003. Droughts & floods assessment and monitoring using remote sensing and GIS. In:  Satellite remote sensing and GIS applications in agricultural meteorology, vol 291. World Meteorol. Org. Dehra Dun, India Geneva, Switz.

Karnieli A, Bayasgalan M, Bayarjargal Y, Agam N, Khudulmur S, Tucker C. 2006. Comments on the use of the vegetation health index over Mongolia. International Journal of Remote Sensing, 27(10): 2017-2024.

Kogan FN. 1995. Droughts of the late 1980s in the United States as derived from NOAA polar-orbiting satellite data. Bulletin of the American Meteorological Society, 76(5): 655-668.

Kogan FN. 1997. Global drought watch from space. Bulletin of the American Meteorological Society, 78(4): 621-636.

Kuzera K, Rogan J, Eastman JR. 2005. Monitoring vegetation regeneration and deforestation using change vector analysis: Mt. St. Helens study area. In: ASPRS Annual Conference, Baltimore, Maryland, March 7-11, 1-8.

Liu W, Kogan F. 1996. Monitoring regional drought using the vegetation condition index. International Journal of Remote Sensing, 17(14): 2761-2782.

Sholihah RI, Trisasongko BH, Shiddiq D, La Ode SI, Kusdaryanto S, Panuju DR. 2016. Identification of agricultural drought extent based on vegetation health indices of landsat data: case of Subang and Karawang, Indonesia. Procedia Environmental Sciences, 33: 14-20.

Tucker CJ. 1979. Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of Environment, 8(2): 127-150.