Investigation of meteorological, hydrological and agricultural drought using drought indices (Case study: Gharehsou watershed)

Subject Areas : Geospatial systems development

Mahshid Karimi ¹ , Kaka Shahedi ²

1 - PhD. Student of Watershed Management, Department of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University
2 - Assoc. Prof. College of Watershed Management, Department of Natural Resources, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University

Received: 2017-05-31 Accepted : 2018-05-26 Published : 2018-08-23

Keywords: NDVI index, MODIS sensor, drought, Gharehsou watershed,

Abstract :

Drought as a natural hazard has always affected some parts of the country. Nowadays, it is possible to study drought using remote sensing techniques through its effects on the plants and achieve more accurate and efficient results for drought modelling. This study aims to investigate the relationship between meteorological, hydrological and agricultural drought using drought indices and remote sensing method in Gharehsou watershed. For this purpose, MODIS images (satellite Terra, product MODO9Q1) and rainfall and discharge data of five meteorological and hydrometric stations for 2000 to 2015 time period were used. The results of the comparison of meteorological, hydrological and agricultural drought represent conformity of the three types of drought in the years 2000, 2001, 2004, 2005, 2007, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014 and 2015. Although the SPI and NDVI values were positive in the years 2002, 2003 and 2008, SDI index showed the occurrence of hydrological drought (negative values). In the year 2006 despite the rainfall increase, but this year has been facing the agricultural and hydrological drought. So the results simultaneity of drought there does not exist in all the years. The results of Pearson correlation showed there is a high correlation between mean NDVI and SPI and SDI indices equal to 0.706 and 0.788 respectively at the significance level of 0.01. Generally, the results of SDI and SPI indices largely confirm the results of the NDVI index.

References:

ابراهیم­زاده، س.، ج. بذرافشان و خ. قربانی. 1392. مطالعه تطبیقی شاخص­های خشک‌سالی مبتنی بر داده­های ماهواره­ای و زمینی با استفاده از تکنیک تحلیل بردار تغییر (مطالعۀ موردی: استان کرمانشاه). نشریه آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 27(5): 1034-1045.

ابراهیمی خوسفی، م.، ر. درویش زاده، ا. ا. متکان و د. عاشورلو. 1389. بررسی خشک‌سالی در مناطق خشک مرکزی ایران با استفاده از تصاویر ماهواره­ای با تکیه بر شاخص­های گیاهی (مطالعۀ موردی: شیرکوه یزد). مجله علوم محیطی، 7(4): 59-72.

اسلامیان، س. س.، م. قاسمی و س. سلطانی گرد فرامرزی. 1391. محاسبه و ناحیه­­بندی شاخص­های جریان کم و تعیین دوره­های خشک‌سالی هیدرولوژیک (مطالعۀ موردی: حوزه آبخیز کرخه). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب‌وخاک، 16(59): 1-14.

باعقیده، م.، ب. علیخانی و پ. ضیائیان. 1391. بررسی امکان استفاده از شاخص پوشش گیاهی NDVI در تحلیل خشک‌سالی‌های استان اصفهان. مجله مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 1(4): 1-16.

پرویز، ل.، م. خلقی، خ. ولی زاده، ش. عراقی نژاد و پ. ایران­نژاد. 1390. بررسی کارایی شاخص­های منتج از فناوری سنجش‌ازدور در ارزیابی خشک‌سالی هواشناسی (مطالعۀ موردی: حوزۀ آبریز سفیدرود). مجله جغرافیا و توسعه، 22(1): 147-164.

جلیلی، ش.، س. مرید و پ. ضیائیان فیروزآبادی. 1387. مقایسه عملکرد شاخص­های ماهواره­ای و هواشناسی در پایش خشک‌سالی. مجله تحقیقات آب‌وخاک ایران، 39(1): 139-149.

جهانبخش اصل، س.، ب. ساری صراف، م. خورشید دوست و ه. رستم زاده. 1388. ارزیابی تغییرات پوشش گیاهی دشت سراب و تحلیل دو دوره خشک‌سالی و ترسالی. مجله جغرافیای ایران، 7(23): 117-132.

چشمه­سفیدی، ز. 1394. پیامدهای هیدروژئومورفولوژیک خشک‌سالی رودها در محیط­های شهری (مطالعۀ موردی: رودخانه قره­سو کرمانشاه). دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده ادبیات و علوم انسانی، کارشناسی ارشد. 100 صفحه.

دستورانی، م.، ا. ا. ولی، ا. سپهر و ب. چ. کمکی. 1394. بررسی خشک‌سالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از سنجنده مودیس در خراسان رضوی. نشریه مهندسی اکوسیستم بیابان، 4(7): 1-8.

رحیمی، د.، س. موحدی و ح. برقی. 1388. بررسی شدت خشک‌سالی با شاخص نرمال بارش (مطالعۀ موردی: استان سیستان و بلوچستان). مجله جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 20(4): 43-56.

رضایی­بنفشه، م.، ع. رضایی و م. فرید­پور. 1394. تحلیل خشک‌سالی کشاورزی استان آذربایجان شرقی با تأکید بر سنجش‌ازدور و شاخص وضعیت پوشش گیاهی. نشریه دانش و خاک، 25(1): 113-123.

رضایی­مقدم، م. ح.، ک. خ. ولی­زاده، ه. رستم­زاده و ا. رضایی. 1391. ارزیابی کارایی داده­های سنجنده مودیس در برآورد خشک‌سالی (مطالعۀ موردی: حوزه آبریز دریاچه ارومیه). جغرافیا و پایداری محیط (پژوهشنامه جغرافیایی)، 2(5): 37-52.

زمانیان، م. ت.، م. ب. بهیار، ا. کریمی حسینی و م. وظیفه دوست. 1391. پایش و تحلیل خشک‌سالی کشاورزی با استفاده از تولیدات ماهواره‌ای سنجنده NOAA-AVHRR. نشریه پژوهش­های اقلیم­شناسی، 3(9): 43-54.

سرابی، س.، ع. حشمت­پور، چ. ب. کمکی و ا. طهماسبی. 1394. ارزیابی ارتباط میان شاخص­های گیاهی سنجنده MODIS و خشک‌سالی مراتع شمالی استان گلستان. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 22 (2): 392-405.

شمسی‌پور، ا. ا.، س. ک. علوی­پناه و ح. محمدی. 1389. بررسی کارایی شاخص­های گیاهی و حرارتی ماهواره NOAA-AVHRR در تحلیل خشک‌سالی منطقه کاشان. تحقیقات مرتع و بیابان ایران، 17(3): 445-465.

فاتحی مرج، ا. و س. ا. حیدریان. 1392. بررسی خشک‌سالی هواشناسی، کشاورزی و هیدرولوژی با استفاده از GIS در استان خوزستان. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 23(7): 19-32.

فاضل دهکردی، ل.، ط. سهرابی و ف. محمودی کهن، 1394. پایش خشک‌سالی با استفاده از تصاویر مودیس در مناطق خشک (مطالعۀ موردی: مراتع استان یزد). نشریه مهندسی اکوسیستم بیابان، 4(9): 57-70.

فرامرزیم. و ح. نوری. 1394. بررسی و امکان‌سنجی کارایی شاخص­های گیاهی و حرارتی ماهواره لندست در تحلیل خشک‌سالی کشاورزی (مطالعۀ موردی: شهرستان ملایر). فصلنامه تحقیقات جغرافیایی، 30(3): 139-152.

قمقامی، م. و ج. بذرافشان. 1391. پیش­آگاهی وضعیت خشک‌سالی هواشناسی در گستره­ی ایران با استفاده از مدل زنجیره مارکوف. مجله حفاظت منابع آب‌وخاک، 1(3):1-12.

صفری­شاد، م.، م. حبیب­نژاد روشن و ع.ر ایلدرمی. 1394. ارزیابی شاخص NDVI در پایش خشک‌سالی به کمک تکنیک سنجش‌ازدور (مطالعه موردی: استان اصفهان)، مجله اطلاعات جغرافیایی (سپهر)، 25(100): 36-44.

کریمی، م.، ک. شاهدی و خ. خسروی. 1395. بررسی خشک‌سالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با استفاده از شاخص­های خشک‌سالی در حوزه آبخیز قره‌سو. مجله فیزیک زمین و فضا، 42(1): 159-170.

مرادی، ح.، ع. سپهوند، و م. خزایی. 1388. ارزیابی خشک‌سالی هواشناسی و هیدرولوژیک با استفاده از شاخص SPI اصلاح‌شده و SDI (مطالعۀ موردی: حوزه شهر خرم‌آباد)، پنجمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، 2 الی 3 اردیبهشت ماه، 1-10.

مرید، س. و ش. پایمزد. 1386. مقایسه روش­های هیدرولوژیکی و هواشناسی جهت پایش روزانه خشک‌سالی (مطالعۀ موردی: دوره خشک‌سالی 1387 لغایت 1380 استان تهران). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 11(42): 325-333­.

مظفری، غ.ا. و م. نارنگی­فرد. 1394. تأثیر خشک‌سالی بر روند پوشش گیاهی حوزۀ آبخیز سد ملاصدرا و کاربرد فنون سنجش‌ازدور برای پایش آن، مجله مهندسی منابع آب، 8(14): 1-26.

مفیدی­پور، ن.، و. بردی­شیخ، م. اونق و ا. سعدالدین. 1391. بررسی رابطه خشک‌سالی هواشناسی و هیدرولوژیکی در حوزه آبخیزاترک. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 3(5): 16-26.

ملکی­­نژاد، ح. و م. سلیمانی مطلق. 1390. بررسی شدت خشک‌سالی‌های هواشناسی و هیدرولوژیک در حوزه چغلوندی. مجله پژوهش آب ایران، 5(9): 61-72.

میرموسوی س.ح. و ح. کریمی. 1392. مطالعه اثر خشک‌سالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر سنجندۀ MODIS (مطالعۀ موردی: استان کردستان). جغرافیا و توسعه، 31(1): 57-76.

Byzedi M, Siosemardeh M, Rahimi A, Mohammadi K. 2012. Analysis of hydrological drought on Kurdistan Province. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 6:255-259.

Dutta D, Kundu A, Patel N, Saha S, Siddiqui A. 2015. Assessment of agricultural drought in Rajasthan (India) using remote sensing derived Vegetation Condition Index (VCI) and Standardized Precipitation Index (SPI). The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 18(1):53-63.

Edossa DC, Babel MS, Gupta AD. 2010. Drought analysis in the Awash river basin, Ethiopia. Water Resources Management, 24(7):1441-1460.

Heim RR. 2002. A review of 20^th century drought indices used in United States. Bulletin of the American Meteorological Society, 84: 1149-1165.

Hisdal H, Tallaksen LM. 2000. Drought event definition, Technical report to the ARIDE Project supplement to work package 2 Hydro-meteorological drought activity 2.1 Event Definition, 6: 1-41.

Hisdal H, Tallaksen LM, Randen F. 2005. Regional low flow and drought frequency analysis. Geophysical Research Abstracts, 7: l0838.

McKee TB, Doesken NJ, Kleist J. 1993. The relationship of drought frequency and duration to time scales, 8^th Conference on Applied Climatology, 17-22 Jan., Anaheim, California, USA.

Rhee J, Im J, Carbone GJ. 2010. Monitoring agricultural drought for arid and humid regions using multi-sensor remote sensing data. Remote Sensing of Environment, 114(12): 2875-2887.

Safari Shad M, Ildoromi A, Akhzari D. 2017. Drought Monitoring Using Vegetation Indices and MODIS Data (Case Study: Isfahan Province, Iran). Journal of Rangeland Science, 7(2): 148-159.

Thenkabail PS, Smith RB, De Pauw E. 2002. Evaluation of narrowband and broadband vegetation indices for determining optimal hyperspectral wavebands for agricultural crop characterization. Photogrammetric engineering and remote sensing, 68(6): 607-622.

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

Wilhite DA. 2000. Drought as a natural hazard. Published in Drought: A Global Assessment, Vol. I, edited by Donald A. Wilhite, chap 1,London: Routledge, 3-18.

Yang W, Shabanov N, Huang D, Wang W, Dickinson R, Nemani R, Knyazikhin Y, Myneni R. 2006. Analysis of leaf area index products from combination of MODIS Terra and Aqua data. Remote Sensing of Environment, 104(3): 297-312.