بررسی تغییرات ارتفاعی ریگ زرین با استفاده از سری های زمانی تصاویر ماهواره ای (طی دوره 1977-2017 )

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه یزد

چکیده

تپه‌های ماسه‌ای به عنوان مهمترین برآیند فرایندهای بادی مناطق خشک و نیمه‌خشک، همواره در حال حرکت و جابجایی هستند که مقدار حرکت آنها تحت تأثیر پارمترهایی چون جهت و شدت باد، توپوگرافی محل، رطوبت منطقه، پوشش‌گیاهی، مواد رسوبی در دسترس، توپوگرافی و در عصر حاضر عملکردهای انسانی می‌باشد. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات ارتفاعی تپه‌های ماسه‌ای ریگ زرین طی بازه زمانی 40 ساله است. برای انجام این پژوهش از سری‌های زمانی تصاویر لندست TM و ETM، نقشه رقومی ارتفاعی و تصاویر گوگل ارث استفاده شد. بررسیها نشان داد که از 1977 تا حال حاضر ریگ زرین افزایش ارتفاع داشته است. میانگین بیشترین تغییرات ارتفاعی در بخشهای میانی ریگ زرین صورت گرفته که حدود 4 متر بوده است. اما بخش‌های ابتدایی و انتهایی ریگ زرین حدود 1متر افزایش ارتفاع پیدا کرده است. همچنین، مقدار تغییرات ارتفاعی ریگ در طول دوره آماری مورد بررسی با نوسانات زیادی همراه بوده است. در برخی نقاط میانی تپه‌ها در حدود 8متر در گستره زمانی کمتر از 10 سال افزایش ارتفاع داشته است. بر این اساس، حداکثر ارتفاع و افزایش ارتفاعی تپه‌ها بین سالهای 1977-1987 صورت گرفته و طی بازه های زمانی 1987-1993 و 1998-2002 و همچنین 2008-2013 از ارتفاع تپه‌ها کاسته شده است. نتایج نهایی نشان داد که ریگ زرین تحت تاثیر بادهای غالب منطقه‌ای (شمال‌غرب-جنوب‌شرق) در حال حرکت به سمت شرق و جنوب شرق است؛ اما بادهای همگرا و متقابل محلی سبب شکل‌گیری هرم‌های ماسه‌ای شده و به دلیل تداوم این بادها بر حجم و ارتفاع تپه‌های ماسه‌ای بخش‌های مرکزی ریگ افزوده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of elevation changes of Rig-e-Zarrin using time series of satellite images (during 1977-2016)

نویسندگان [English]

  • Mohamad Sharifi Paichoon
  • Hamid Reza Ghafarian
  • Zeynab Miri
چکیده [English]

Introduction
Sand dunes as one of the most dynamic geomorphic features of the Earth's surface are directionally and spatially influenced by wind. Sand dunes also have a dramatic effect on the economies, communities and the fragile ecosystems of dry and desert areas. Therefore, the formation, transformation and displacement of these hills as well as the way they change, plays a vital role in understanding the environmental changes in these areas.The purpose of this study was to investigate the altitude fluctuations of the sand dune of Rige-Zarrin, one of the most significant sand dunes of Central Iran, during the period of 40 years by designing two questions as: whether the height of sand dune was changed and if so, where did these altitudinal changes take place? Rige-Zarrin is extended from 54 ˚ 38' to 55 ˚ 04' E and 32 ˚ 54' to 33 ˚ 36' N and located at 40 km of Bafq Desert (Dre - Anjir) to the Northwest, Saghand village to the Northwest and Bayazeh village to the South. This area is lies inside a plat surrounded by four hills with the highest ones in the southeast (3000 meters). The area of the Rige-Zarrin is about 460 Km2 and its length is about 60 km.
Methodology
To determine the height and area of the Rige-Zarrin, the topography map with 1: 50000 scale, the DEM of study area, the Landsat TM satellite image, and the Google Earth software were used. The time series satellite imageries from 1977 to 2017 obtained from Google Earth (stored as KMZ files) were transferred to the Global Mapper software. The files were converted into DEM maps with a spatial resolution of 30 m. Z profile (height changes during time for each pixel) was determined by stacking all output images (1977, 1987, 1993, 1998, 2002, 2008, 2013, and 2017 years) in ENVI software. To do so, 9 points were randomly selected along with a cross-sectional profile from the North-West to the South-East and in the middle parts of study area with relatively regular space and specific geographic coordinates. Then, the height of each point were calculated during all the mentioned years using ENVI software. In the next step, the variations of height versus time (during years) for those points were drowned. Then, using the Excel software, the linear gradient graph for the elevation profiles was plotted for the points in the cross-sectional profile as well as for each point in different time.
Results and discussion
The results of this study showed that, in average, the height of the Rige-Zarrin has increased in the Western and Northwest parts and decreased in the East and Southeast parts. The lowest and highest altitude were seen in the Northwest and the Western part of study area with about 900 m and 1150 m height, respectively. Thus, the difference in elevation along its longitudinal profile is more than 250 meters. Based on the plotted height profiles, point 1 and the point 9 have the lowest and highest elevation, respectively. Nevertheless, in the middle parts of all height profiles, a natural drop occurs, which amounts to more than 30 m. The reason is the topographical planar fracture of the beneath infrastructure, where the lowest section of the Rige-Zarrin is located. But the highest peak is located in the southeast, where high sandy hermits have been created at the intersection and convergence of winds. The final results showed that the elevation has increased in all part of study area. While the westernmost and easternmost part of the Rige-Zarrin has experienced an increase of less than one meter over a period of 40 years; the middle sections have risen above 4 meters. Thus, it was observed that sand sedimentary materials move eastward under the influence of regional dominant winds and accumulate in the middle sections. The presence of sedimentary materials in the flange cones of the amplitude Mountains and the existence of regional and local winds are the main cause of the height increment of the Rige-Zarrin.
Conclusion
The main results indicate elevation changes in all parts of the study area. But these changes have varied widely over the years and in different parts of the Rige-Zarrin. In the middle part of the study area, the hills have risen above 8 m in the range of less than 10 years. Accordingly, the maximum altitudes and elevation change of the hills occurred between 1977-1987, 1987-1993, 1998-2002 and 2008-2013. Observations showed that the altitudinal fluctuations of the hills were affected by soil humidity, as the higher sand migration has accrued during dry years and vis versa. The final results showed that the Rige-Zarrin is influenced by the dominant regional winds (Northwest-Southeast) moving toward East and South-East, but converging winds cause local reciprocal formation in sandy hermits and, due to the continuity of these winds, the size and height of sand dunes of the central parts of the Rige-Zarrin have been increased. However, the height of the middle sections of the Rige-Zarrin increased with a steeper gradient and less fluctuation. The reason is also the local convergent winds that crossed this section

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rig-e- Zarrin
  • Elevation changes
  • time series
  • sand dunes
  • dry region
  • ایمانی، رسول؛ عبدالهی، مهدی؛ عباسعلی، ولی؛ آل بوعی، علی(1392) بررسی تغییرات مورفومتری تپه های ماسه ای با استفاده از سنجش از دور، مطالعه موردی: جنوب شرقی عشق آباد، پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، شماره 3، صص. 129-140.
  • امین، پیمان؛ ملکی­نژاد، حسین (1396) بررسی و مقایسه دوره­های خشکسالی با استفاده از نمایه­های مبتنی بر بارش در برخی مناطق مرکزی و غرب کشور، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبریز، سال هشتم، شماره 16، صص. 271-281.
  • توکلی­فرد، اصغر؛ قاسمیه، هدی؛ نظری سامانی، علی­اکبر؛ مشهدی، ناصر ،1393، تحلیل میزان فعالیت تپه های ماسه ای بند ریگ کاشان با استفاده از شاخص لنکستر، مجله علمی پژوهشی مهندسی اکوسیستم بیابان، سال سوم، شماره 5، صص. 37-48
  • خسروی، محمود؛ فتوحی، صمد؛ پیروززاده، سلیمان ،1394، بررسی تغییرات زمانی-مکانی تپه های ساحلی ماسهای با استفاده از سنجشازدور )RS) مورد مطالعه: منطقه غرب زرآباد، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال دوم، شماره 4 ، صص. 1-14
  • رامشت، محمد حسین؛ سیف، عبدالله، محمودی، شبنم ،1392، بررسی میزان گسترش تپه های ماسه ای شرق جاسک در بازه زمانی 1369-1383 با استفاده از RS و GIS، جغرافیا و توسعه، شماره 31، صص. 121-136
  • زارع خورمیزی، هادی؛ حسینی، سید زین العابدین؛ مختاری، محمد حسین ؛ غفاریان مالمیری، حمیدرضا ،1396، بررسی ارتباط خشکسالی و تغییرات NDVI در تیپ­های مختلف پوشش گیاهی(مطالعه موردی: مراتع جنوب استان یزد)، دو فصلنامه علمی-پژوهشی خشک­بوم، دوره 7، شماره 2، صص. 85-101.
  • عباس­نژاد، احمد؛ ذهاب­نوری، سمیه ،1391، شناسایی اشکال فرسایش بادی دشت رفسنجان (پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، شماره 2، صص. 127-144
  • غریب رضا، محمد؛ معتمد، احمد ،1383، بررسی تغییرات تپه های ماسه ای ساحلی استان سیستان و بلوچستان از سال 1346 تا 1372، فصلنامه پژوهش های جغرافیایی، شماره 50، صص. 35-48
  • نظری سامانی، علی اکبر؛ عباسی، حمیدرضا؛ احمدی، حسن؛ راهداری، محمدرضا ،1396، مدل سازی کمی ارتفاع و فاصله بین تپه­های ماسه­ای با استفاده از مطالعات ژئومرفومتریک در بیابان­های داخلی ایران، تحقیقات مرتع و بیابان ایران، دوره 24، شماره پیاپی 66، صص. 210-223
  • نگارش، حسین؛ لطیفی، لیلا ،1388، بررسی خسارت­های ناشی از حرکت ماسه های روان در شرق زابل با استفاده از تصاویر ماهواره ای، پژوهش های جغرافیای طبیعی، شماره 67، صص. 73-87
  • Brown, D.G., Arbogast, A.F., 1999. Digital photogrammetric change analysis as applied to active coastal dunes in Michigan. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 65, 467–474
  • El belrhiti, H., Douady, S., 2011. Equilibrium versus disequilibrium of barchan dunes. Geomorphology 125, 558–568
  • Hermas, E., Leprince, S., and El-Magd, I. A., 2012. Retrieving Sand Dune Movements Using Sub-Pixel Correlation of Multi-Temporal Optical Remote Sensing Imagery, Northwest Sinai Peninsula, Egypt. Remote Sensing of Environment, 121: 51- 50. DOI: 20.2025/j.rse.1021.02.001
  • Hugenholtz, C.H., 2010. Topographic changes of a supply-limited inland parabolic sand dune during the incipient phase of stabilization. Earth Surface Processes and Landforms 35, 1674–1681.
  • Hugenholtz, C. H.; Levin, N.; Barchyn, T. E.;  Baddock, M. C. ,2012, Remote sensing and spatial analysis of aeolian sand dunes: A review and outlook, Earth-Science Reviews, No. 111,  Pp. 319–334
  • Leprince, S., Barbot, S., Ayoub, F., Avouac, J.P., 2007. Automatic and precise orthorectification, coregistration, and subpixel correlation of satellite images, application to ground deformation measurements. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 45, 1529–1558.
  • Leprince, S., Berthier, E., Ayoub, F., Delacourt, C., Avouac, J.P., 2008. Monitoring Earth surface dynamics with optical imagery. Eos, Transactions American Geophysical Union 89 (1). doi:10.1029/2008EO010001.
  • Levin, N., 2011. Climate-driven changes in tropical cyclone intensity shape dune activity on Earth's largest sand island. Geomorphology 125, 239–252.
  • Long, J. W.; Bakker, A. T. M., and Plant, N. G. ,2014. Scaling coastal dune elevation changes across storm-impact regimes, GeophysicalResearch Letters, No. 41, Pp. 2899–2906
  • Maghsoudi, M. ; Navidfar, A.; Mohammadi, A. (2017) The sand dunes migration patterns in Mesr Erg region using satellite imagery analysis and wind data, Natural Environment Change Vol. 3, No. 1, Winter & Spring 2017, pp. 33-43
  • Marín, L., Forman, S.L., Valdez, A., Bunch, F., 2005. 20th Century dune migration at the Great Sand Dunes National Park and Preserve, Colorado and relation to drought variability. Geomorphology 70, 163–183
  • Mitasova, H., Drake, T.G., Harmon, R.S., Bernstein, D., 2004. Quantifying rapid changes in coastal topography using modern mapping techniques and GIS. Environmental and Engineering Geoscience 10, 1–11.
  • Ojeda, J., Vellejo, I., Malvarez, G.C., 2005. Morphometric evolution of the active dunes system of the Doñana National Park, Southern Spain (1977–1999). Journal of Coastal Research SI 49, 40–45.
  • Reitz, M.D., Jerolmack, D.J., Ewing, R.C., Martin, R.L., 2010. Barchan-parabolic dune pattern transition from vegetation stability threshold. Geophysical Research Letters 37, L19402.
  • Thomas, D.S.G., Leason, H.C., 2005. Dune field activity response to climate variability in the SW Kalahari. Geomorphology 64, 117–132.
  • Vermeesch, P., Drake, N., 2008. Remotely sensed dune celerity and sand flux measurements of the world's fastest barchans (Bodélé, Chad). Geophysical Research Letters, Vol. 35, L24404. doi:10.1029/2008GL035921
  • Woolard, J.W., Colby, J.D., 2002. Spatial characterization, resolution, and volumetric change of coastal dunes using airborne LIDAR: Cape Hatteras, North Carolina. Geomorphology 48, 269–287.
  • Yizhaq, h.; Ashkenazy, Y.; Tsoar, H. ,2009, Sand dune dynamics and climate change: A modeling approach, Journal of geophysical research, VOL. 114, Pp. 1-11 .