توصيفگر ها :
پوشش گياهي , تغييرات فصلي , رفتار سري هاي زماني , تابع خود همبستگي , پيش بيني , مناطق اقليمي
چكيده فارسي :
خشكي طولاني مدت تأثير عمده اي بر تركيب، ساختار و عملكرد اكوسيستمها دارد، حتي منجر به كاهش تنوع زيستي و تخريب پوشش گياهي مي گردد. مطالعات انجام شده بيانگر اثر خشكسالي بر مرگ و مير گياهان، توليد ناخالص اوليه، زيست توده و ديگر ويژگي هاي مهم اكوسيستم است. خشكسالي به عنوان يك مخاطره طبيعي همواره بخش هاي مختلف كشـور را متأثر نموده است. از آنجايي كه تا كنون در كشور مدلسازي سري زماني كه واكنش پوشش گياهي به خشكسالي را نشان دهد انجام نگرفته و موارد انجام شده فقط مدلسازي يك متغيره پوشش گياهي يا خشكسالي هيدرولوژي مي باشد، لذا اين مطالعه با هدف مدلسازي نحوه ارتباط شاخص هاي خشكسالي و متغيرهاي پوشش گياهي در طول زمان انجام شد. در پژوهش حاضر جهت بررسي تغييرات توليد خالص اوليه ( NPP) از توليدات تصاوير سنجنده موديس با كد MOD17A2 و جهت بررسي تغيرات شاخص NDVI از سري داده هاي MOD13Q1 استفاده گرديد. جهت انجام مدلسازي يك متغيره از مدل سري زماني SARIMA استفاده گرديد. در بررسي توابعACF و PACF در مناطق مورد مطالعه نشان داد مدل هاي سري هاي زماني اين مناطق ايستا با ويژگي فصلي بودن در دوره هاي 12 ماهه بود. پوشش گياهي در منطقه خزري پايدارتر بود كه نشان دهنده يك محيط پايدار با كمترين انحراف در تغييرات آب، نور و مواد غذايي بود. همچنين مشخص گرديد بيشتر مناطق رويشي ايران را مي توان با SARIMA مدلسازي و تغييرات آن را در حد قابل اطميناني پيش بيني كرد. مدل هاي برآورد شده براي مناطق خزري (083/0 MARE = ،87/0 Rsqr= و 12/ 0 RMSE=) و نيمه بياباني (048/0 MARE = ،95/0 Rsqr= و 12/ 0 RMSE=) نسبت به ساير مناطق مدل¬هاي مناسبتري بودند. جهت انجام مدلسازي جند متغيره نيز سري هاي زماني پوشش گياهي شاخص NDVI و NPP براساس هريك از شاخص هاي خشكسالي SPI و SPEI در مقياس هاي زماني 3، 6، 9، 12، 18 و 24 ماه با استفاده از مدل SARIMAX مدلسازي گرديد. نتايج نشان داد كه پيش بيني هاي شاخص NDVI در تمامي مناطق مورد مطالعه، براي مدلسازي چند متغيره نسبت به يك متغيره بهتر بود و تعداد نقاط خارج از محدوده اطمينان 95% در اين مدل ها كمتر شده بودند. همچنين وضعيت معيارهاي خطا نيز براي اين مدلسازي تا حدودي بهتر شد. پيش بيني هاي انجام شده با مدل هاي چند متغيره براي سري زماني NPP نيز براي تمامي مناطق مورد مطالعه بجز منطقه كوه هاي مرتفع نسبت به پيش بيني هاي انجام شده با مدل هاي يك متغيره بهتر شده بود و تعداد نقاط كمتري خارج از محدوده 95% اطمينان قرار گرفتند و همچنين تفاوت مقادير پيش بيني شده و مقادير مشاهده شده در اين مدل ها نسبت به مدل هاي يك متغيره كمتر شده بود. به طور كلي نتايج نشان داد كه فقط منطقه نيمه بياباني در هر دو شاخص پوشش گياهي به مقياس بلند مدت شاخص هاي خشكسالي (18 ماه) واكنش نشان داد و همچنين منطقه كوه هاي مرتفع نيز براي شاخص پوشش گياهي NPP به مقياس بلند مدت (18 ماه) واكنش نشان داد. به طور كلي، مدلهاي انتخابشده پيشبيني كوتاهمدت شاخص NPP و NDVI را براساس شاخص هاي خشكسالي در مقياس هاي مختلف براي مناطق مورد مطالعه در زمان 24 ماهه ارائه كردند كه مي تواند براي برنامهريزي و مديريت كاهش تخريب پوشش گياهي و حفظ اكوسيستم و تنوع زيستي مفيد باشد. از اين رو مي توان نتيجه گرفت كه تجزيه و تحليل سري هاي زماني با استفاده از ويژگيهاي بلندمدت پوشش گياهي ميتواند به توصيف وضعيت پوشش گياهي و پيامدهاي انسان بر آن در مقياس منطقهاي كمك كند.
چكيده انگليسي :
Prolonged drought has a significant impact on the composition, structure, and functioning of ecosystems, often leading to reduced biodiversity and vegetation degradation. Collected evidence indicates that drought affects plant mortality, gross primary production, biomass, and other key ecosystem characteristics. As a natural hazard, drought has consistently impacted various regions of the country. Given that no time series modeling has yet been conducted in the country to show the vegetationʹs response to drought—and existing studies have only modeled either vegetation or hydrological drought as a single variable—this study aimed to model the relationship between drought indices and vegetation variables over time. In this research, MODIS satellite imagery was used to analyze changes in Net Primary Production (NPP) using MOD17A2 data, and changes in the NDVI index were assessed using MOD13Q1 data series. For univariate modeling, the SARIMA (Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average) time series model was used. Analysis of ACF and PACF functions in the study areas showed that the time series models for these regions were stationary with a seasonal pattern at 12-month intervals. Vegetation in the Caspian region was found to be more stable, indicating a relatively consistent environment with minimal fluctuations in water, light, and nutrients. Additionally, it was revealed that the vegetation in most regions of Iran could be modeled using seasonal ARIMA with a reasonable level of predictive reliability. The estimated models for the Caspian region (MARE = 0.083, R² = 0.87, RMSE = 0.12) and the semi-desert region (MARE = 0.048, R² = 0.95, RMSE = 0.12) were more suitable compared to other regions. For multivariate modeling, the time series of vegetation indices NDVI and NPP were modeled based on each of the drought indices, SPI and SPEI, at temporal scales of 3, 6, 9, 12, 18, and 24 months using the SARIMAX model. The results indicated that NDVI forecasts in all studied regions were more accurate with multivariate models than with univariate ones, as shown by fewer data points falling outside the 95% confidence intervals. Error metrics also improved slightly for these models. Similarly, the multivariate models for NPP time series outperformed univariate models in all regions except the high mountain areas. They resulted in fewer outlier data points and smaller differences between predicted and observed values. Overall, the findings showed that only the semi-desert region responded to long-term drought indices (18 months) in both vegetation indices, while the high mountain region showed a response to long-term drought (18 months) only for the NPP index. In conclusion, the selected models provided short-term forecasts (up to 24 months) for NPP and NDVI based on drought indices across different temporal scales in the studied regions. These models can support planning and management aimed at reducing vegetation degradation and conserving ecosystems and biodiversity. Therefore, it can be concluded that time series analysis using long-term vegetation characteristics can help describe vegetation status and human impacts on it at the regional scale.