کاربرد سنجش‌ازدور در ارزیابی ساختار سیمای سرزمین شهری مناطق خشک (مطالعه موردی: شهر یزد، ایران)

سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی

مقاله 2، دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 40، مهر 1399، صفحه 22-39   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/girs.2020.674943

نویسندگان

مهدیه ابوالحسنی¹؛ احد ستوده^{* 2}؛ پرستو پریور²

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد علوم محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و کویر شناسی، دانشگاه یزد، ایران

²استادیار گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

چکیده

پیشینه و هدف رشد جمعیت و گسترش شهرنشینی سبب تغییرات زیاد پوشش و کاربری اراضی شده که به‌طور گسترده‌ای بر ساختار، عملکرد و خدمات اکوسیستم تأثیر می‌گذارد. از سال 2008 بیش از نیمی از جمعیت جهان در مناطق شهری زندگی می­ کنند که طبق پیش‌بینی سازمان ملل تا سال 2050، 80 درصد جمعیت جهانی شهری خواهد شد و این افزایش مداوم موجب گسترش سریع مناطق شهری می ­شود. اکثر این شهرها در کشورهای درحال‌توسعه، به‌ویژه در آسیا و آفریقا واقع‌شده‌اند که بخش قابل‌توجهی از آن­ها، کشورهای خشک و نیمه‌خشک هستند. برآوردها نشان می ­دهد که 85 درصد از کل اراضی ایران تحت تأثیر شرایط خشک و نیمه‌خشک هستند. مناطق خشک با اقلیم خشک، پوشش گیاهی تنک، کمبود آب، بارش محدود و محیط­زیست بسیار شکننده مشخص می­ شوند. این ویژگی­ ها باعث شکننده شدن اکوسیستم ­های شهری می ­شوند. با توجه به اینکه عملکرد و کارکردهای محیطی به ترکیب و توزیع عناصر ساختاری آن‌ها بستگی دارد، برای درک بهتر پویایی سیمای سرزمین، بررسی تغییرات الگوهای مکانی ضروری است. اطلاعات تغییرات کاربری‌ها درگذر زمان می‌تواند تغییرات آتی را پیش‌بینی کرده و همچنین در شناخت توان و استعداد اراضی کاربرد دارند که می‌تواند در دستیابی به برنامه‌ریزی و طراحی اصولی و پایدار کمک کرده و روند نامناسب تغییرات اراضی را تعیین و از گسترش آن جلوگیری کرد. برای شناسایی این الگوی مکانی و تغییرات آن از سنجه‌های سیمای سرزمین می‌توان استفاده کرد. کمی سازی تغییرات در سیمای سرزمین با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین صورت می‌پذیرد و برای تحلیل و برنامه‌ریزی کاربری‌ها مورداستفاده قرار می­ گیرد. سنجه‌ها ابزار مناسبی برای طراحی و یافتن ارتباط دقیق بین ساختار و عملکرد کاربری‌های سیمای سرزمین هستند. بر همین اساس در این پژوهش سعی شده است تا با بررسی و اندازه‌گیری تغییرات ساختار سرزمین شهری شهر یزد با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین در طی سه دهه در این منطقه از تخریب و تکه‌تکه شدن الگوهای طبیعی جلوگیری شود و به برنامه ریزان و سیاست‌گذاران برای جهت‌گیری توسعه پایدار شهری کمک کند. هدف این مطالعه کمی سازی و اندازه‌ گیری تغییرات الگوهای مکانی پوشش اراضی شهر یزد با استفاده از سنجه‌های سیمای سرزمین در دو سطح طبقه و سیمای سرزمین در طی دوره 27 سال است. همچنین توزیع و ترکیب الگوی فضایی پوشش اراضی در دو سطح لکه ­های سبز و ساخته‌شده که نقش عمده‌ای بر کارکرد اکوسیستم دارند، موردبررسی قرار گرفت.
مواد و روش ­ها در این پژوهش از تصاویر ماهواره‌ای لندست 5 به تاریخ 1371 و لندست 8 به تاریخ 1397 استفاده‌ شد. پس از انجام تصحیحات لازم بر روی تصاویر ماهواره‌ای، طبقه‌بندی نظارت‌شده به روش حداکثر احتمال انجام شد. با توجه به تنوع پوشش‌های موجود در منطقه، سه‌طبقه شامل اراضی بایر، پوشش گیاهی و شهری مورد شناسایی و طبقه‌بندی قرار گرفت. به‌منظور بررسی دقت طبقه‌بندی تصاویر، از ماتریس خطا و محاسبه پارامترهای آماری ضریب کاپا و صحت کلی استفاده شد. ضریب کاپا و صحت کلی تصاویر طبقه‌بندی‌شده سال 1370 و 1397 به ترتیب 0.83، 96 درصد و 0.81، 90 درصد به دست آمد. با استفاده از نرم‌افزار فرگاستات Fragstats  برای محاسبه‌ی سنجه ­های سیمای سرزمین استفاده شد. در مطالعه حاضر با توجه به هدف تحقیق، سنجه­ های مساحت لکه (CA)، تعداد لکه (NP)، درصد مساحت لکه (PLAND)، میانگین اندازه لکه (AREA)، فشردگی لکه (GYRATE)، نزدیک­ترین فاصله اقلیدسی (ENN)، و پیوستگی (CONTAGE) در سطح کلاس و سیمای سرزمین انتخاب و مورداندازه ‌گیری قرار گرفتند.
نتایج و بحث در این مطالعه با بررسی سنجه­ های مختلف در دو مقیاس کلاس و سیمای سرزمین استنباط شد که سیمای سرزمین در طبقه اراضی بایر و پوشش گیاهی در حال خرد شدن و گسستگی بیشتر در طی دوره زمانی موردبررسی است. درحالی‌که پوشش شهری در طی این مدت یکپارچه ­تر و مساحت بیشتری را در برگرفته است که نشان‌دهنده آثار مخرب فعالیت­ های انسانی بر محیط­زیست است. طی دوره موردمطالعه بیشترین افزایش مساحت نسبت به سایر طبقه­ ها، متعلق به طبقه پوشش شهری است، در این مطالعه بیشترین تعداد لکه نسبت به سایر طبقه­ ها را طبقه پوشش گیاهی داشته است. تعداد لکه­های پوشش گیاهی طی دوره مطالعه افزایش و تعداد لکه­ های اراضی بایر و پوشش شهری کاهش‌یافته است. نتایج حاصل از این سنجه در کنار سنجه مساحت، نشان‌دهنده پدیده خرد دانه شدن پوشش گیاهی در شهر یزد است. تغییر کاربری­ های کشاورزی و باغداری به مناطق مسکونی باعث ازهم‌گسیختگی لکه­ های پوشش گیاهی شده است. متوسط اندازه لکه در کلاس پوشش شهری افزایش و در دوطبقه پوشش گیاهی و اراضی بایر کاهش‌یافته که نشان می ­دهد سطح نفوذناپذیر در شهر موردمطالعه افزایش‌یافته و سطح به هم پیوست ه­ای را به وجود آورده­اند. سنجه میانگین فاصله هر سلول در لکه با مرکز ثقل در دو کلاس اراضی بایر و پوشش گیاهی کاهش‌یافته و بیشترین کاهش مربوط به کلاس پوشش گیاهی است که نشان‌دهنده کاهش فشردگی این لکه­ها است. سنجه نزدیک‌ترین فاصله اقلیدسی لکه ­ها در تمامی کاربری­ها افزایش‌یافته است که بیشترین میزان مربوط به اراضی بایر است.
نتیجه­ گیری نتایج حاصل از بررسی تغییرات سنجه مساحت کلاس نشان‌دهنده این است که مساحت کاربری اراضی شهری طی دوره موردبررسی به میزان 4346.82 هکتار افزایش‌یافته است. دلیل این امر، افزایش جمعیت شهر یزد است. در سال 1370 جمعیت این شهر 275298 نفر بوده و در سال 1397 به 529673 نفر رسیده است؛ یعنی به میزان 254375 نفر افزایش جمعیت داشته است؛ بنابراین به فضای بیشتری جهت رشد و گسترش شهر نیاز است که سبب توسعه فیزیکی کاربری ساخت‌وساز می‌شود. در اثر گسترش فضایی شهر، حدود 1667.61 هکتار از اراضی کشاورزی و باغات موجود در شهر یزد از بین رفته و در محدوده خدماتی شهر ادغام‌شده و به زیرساخت‌های شهری تبدیل‌شده است. افزایش زیرساخت و فعالیت‌های انسانی بدون توجه به ظرفیت و توان اکولوژیکی این منطقه، می‌تواند مشکلات زیست ‌محیطی بسیاری را به دنبال داشته باشد. ازاین‌رو برای جلوگیری از تخریب بیشتر محیط‌زیست و کاهش کیفیت آن لازم است برنامه­های پایش و ارزیابی الگوهای پراکنش کاربری اراضی به‌طور مداوم اندازه­ گیری شود تا بتوانند به‌عنوان راهنمایی برای ارزیابی وضعیت موجود اکوسیستم شهری کاربردی باشند.

کلیدواژه‌ها

سیمای سرزمین؛ سنجه‌های سیمای سرزمین؛ تجزیه‌وتحلیل مکانی؛ مناطق خشک

مراجع

Arekhi S, Komaki B. 2015. Detecting and Assessing Desertification using Landscape Metrics in GIS Environment (Case Study: Ain-e-khosh Region, Iran). Environmental Resources Research, 3(2): 122-138. doi:https://dx.doi.org/10.22069/ijerr.2015.2709.

Armour T, Armour S, Hargrave J, Revell T. 2014. Cities alive: Rethinking green infrastructure. Arup: London, UK, 1-15.

Baker LA, Brazel A, Westerhoff P. 2004. Environmental consequences of rapid urbanization in warm, arid lands: case study of Phoenix, Arizona (USA). WIT Transactions on Ecology and the Environment, 72: 155-164. doi:https://dx.doi.org/10.2495/SC040701.

Dasgupta A, Kumar U, Ramachandra T. 2009. Urban Landscape analysis through spatial metrics. In: Proceedings of International Conference on Infrastructure, Sustainable Transportation and Urban Planning,(CISTUP@ CiSTUP), Indian Institute of Science, Bangalore, India, 18-20 October. pp 18-20.

Jaafari S, Sakieh Y, Shabani AA, Danehkar A, Nazarisamani A. 2016. Landscape change assessment of reservation areas using remote sensing and landscape metrics (case study: Jajroud reservation, Iran). Environment, Development and Sustainability, 18(6): 1701-1717. doi:10.1007/s10668-015-9712-4.

Lafortezza R, Corry RC, Sanesi G, Brown RD. 2008. Visual preference and ecological assessments for designed alternative brownfield rehabilitations. Journal of Environmental Management, 89(3): 257-269. doi:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2007.01.063.

Li H, Chen W, He W. 2015. Planning of green space ecological network in urban areas: an example of Nanchang, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(10): 12889-12904. doi:https://doi.org/10.3390/ijerph121012889.

Li H, Peng J, Yanxu L, Yi’na H. 2017. Urbanization impact on landscape patterns in Beijing City, China: A spatial heterogeneity perspective. Ecological Indicators, 82: 50-60. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.06.032.

Linh N, Erasmi S, Kappas M. 2012. Quantifying land use/cover change and landscape fragmentation in Danang City, Vietnam: 1979-2009. In: International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Volume XXXIX-B8, 2012, XXII ISPRS Congress, 25 August – 01 September 2012, Melbourne, Australia, 501-506.

Liu H, Weng Q. 2013. Landscape metrics for analysing urbanization-induced land use and land cover changes. Geocarto International, 28(7): 582-593. doi:https://doi.org/10.1080/10106049.2012.752530.

Manjarrez-Dominguez C, Pinedo-Alvarez A, Pinedo-Alvarez C, Villarreal-Guerrero F, Cortes-Palacios L. 2015. Vegetation landscape analysis due to land use changes on arid lands. Polish Journal of Ecology, 63(2): 167-174. doi:https://doi.org/10.3161/15052249PJE2015.63.2.001.

McGarigal K, Cushman SA, Neel MC, Ene E. 2015. FRAGSTATS: Spatial pattern analysis program for categorical maps. 2002. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, Amherst, Available at the following web site: http://wwwumassedu/landeco/research/fragstats/fragstatshtml.

Ministry of Roads and Urban Development. 2018. Report of Master Plan of Yazd. Yazd, Available at the following web site: https://yazd.mrud.ir. (In Persian)

Pan T, Lu D, Zhang C, Chen X, Shao H, Kuang W, Chi W, Liu Z, Du G, Cao L. 2017. Urban land-cover dynamics in arid China based on high-resolution urban land mapping products. Remote Sensing, 9(7): 730. doi:https://doi.org/10.3390/rs9070730.

Sertel E, Topaloğlu RH, Şallı B, Yay Algan I, Aksu GA. 2018. Comparison of landscape metrics for three different level land cover/land use maps. ISPRS International Journal of Geo-Information, 7(10): 408. doi:https://doi.org/10.3390/ijgi7100408.

Sha M, Tian G. 2010. An analysis of spatiotemporal changes of urban landscape pattern in Phoenix metropolitan region. Procedia Environmental Sciences, 2: 600-604. doi:https://doi.org/10.1016/j.proenv.2010.10.066.

Sotoudeh A, Parivar P. 2016. Applying resilience thinking to select more sustainable urban development scenarios in Shiraz, Iran. Scientia Iranica Transaction A, Civil Engineering, 23(5): 1975. doi:https://dx.doi.org/10.24200/sci.2016.2264.

Sun B, Zhou Q. 2016. Expressing the spatio-temporal pattern of farmland change in arid lands using landscape metrics. Journal of Arid Environments, 124: 118-127. doi:https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2015.08.007.

Tao P, Lu D, Zhang C, Chen X, Shao H, Kuang W, Chi W, Liu Z, Du G, Cao L. 2017. Urban land-cover dynamics in arid China based on high-resolution urban land mapping products. Remote Sensing, 9(7): 730. doi:https://doi.org/10.3390/rs9070730.

Weng Y-C. 2007. Spatiotemporal changes of landscape pattern in response to urbanization. Landscape and Urban Planning, 81(4): 341-353. doi:https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2007.01.009.

Wu J, He C, Huang G, Yu D. 2013. Urban Landscape Ecology: Past, Present, and Future. In: Fu B, Jones KB (eds) Landscape Ecology for Sustainable Environment and Culture. Springer Netherlands, Dordrecht, pp 37-53. https://doi.org/10.1007/1978-1094-1007-6530-1006_1003.

Wu J, Jenerette GD, Buyantuyev A, Redman CL. 2011. Quantifying spatiotemporal patterns of urbanization: The case of the two fastest growing metropolitan regions in the United States. Ecological Complexity, 8(1): 1-8. doi:https://doi.org/10.1016/j.ecocom.2010.03.002.

Yavari A, Sotoudeh A, Pari VP. 2007. Urban environmental quality and landscape structure in arid mountain environment. International Journal of Environmental Research (IJER), 1(4): 325-340. doi:https://doi.org/10.22059/IJER.2010.144.

Zhang F, Tashpolat T, Kung H-t, Ding J. 2010. The change of land use/cover and characteristics of landscape pattern in arid areas oasis: an application in Jinghe, Xinjiang. Geo-spatial Information Science, 13(3): 174-185. doi:https://doi.org/10.1007/s11806-010-0322-x.