Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

مقدمه
کمیسازی الگوهای مکانی، یکی از ارکـان اصـلی در شناسـا ییارتباط بـ ین سـاختار و عملکردهـای موجـود در بسـتر سـیمایسرزمین( 9) و پیشبینی اثرات متعاقب آن( 28) اسـت. امـروزهاین رویکـرد بـه یکـ ی از تحلیـ لهـا ی معمـول در شـاخههـا یگوناگون علوم زمینی مانند هیدرولوژی و منـابع آب ( 7)، حفـظتنوع زیستی و زیستگاههای حیات وحش( 3، 10 و 12)، پـا یش (17)، احیا( 18 و 19) و مدیریت( 35) سیمای سـرزم ین تبـد یل شده است.
الگوهای مکانی سیمای سرزمین دارای یک سـاختار سلسـلهمراتبی شامل تکـه ( یـ ک پهنـه همگـن زمینـ ی از یـ ک پدیـ ده) ،مجموعهای از پدیدههای همگن (کلاس) و ساختاری متشکل از انواع پدیدهها با یک پدیده غالـب در بسـتر (سـیمای سـرزم ین) هستند( 14 و 21) که با استفاده از سنجههای سـ یمای سـرزم ین بهصورت کمی بیـ ان مـیشـوند ( 2 و 24). سـنجه هـا ی سـ یمایسرزمین، الگوهای مکانی هر سطح را نیز از جنبههای سـاختار ی(ماننــد ارتباطــات مکــان ی و پیچیــدگی شــکل پدیــدههــا) و ترکیببندی (تنوع و فراوانی پدیدهها) مورد بررسی قرار میدهد (14 و 21) و بر این اساس در گـروه هـا ی مختلفـ ی طبقـه بنـد یمیشوند (برای نمونه رجوع کنید به 24).
وجـــود طیـــف بســـیار متنـــوع نـــرمافزارهـــایی ماننـــد
PA4 ،(20) V-Late ،(25) Fragstats (26) و IAN(http://landscape.forest.wisc.edu/projects/IAN) تنهـ ا بـ ه بخش کمیسازی الگوهای مکانی اشاره دارد، حال آنکه هـدف،شناسایی ارتباط بین ساختار، فرآینـدها و عملکـرد اسـت( 27).
یکی از موارد اصلی در نیل بـه ایـ ن هـدف، شناسـایی مقیاسـ یاست که الگوهـا ی مکـان ی (کـه بـهوسـ یله سـنجه هـا ی سـ یمایسرزمین کمی شدهاند) بتوانند عملکرد اکوسیستم را شناسـا یی و تفسیر کنند( 14). بهعبـارت د یگـر س یسـتم هـا ی اکولـوژ یکی (و سیمای سرزمین بهعنوان جزئی از آن) بـه صـورت سیسـتم هـا یچند مقیاسه هستند که عملکردهای گوناگون آن در یک ساختار سلســله مراتبــی رخ مــیدهــد( 14 و 32)؛ بنــابراین شناســاییعملکردی خـاص در یـ ک اکوسیسـتم مسـتلزم شـناخت دقیـ ق مقیاس آن است( 14). مقیاس میتواند در ارتباط با زمان (ماننـدزمان وقوع یک رخـداد یـ ا دگرگـون ی در یـ ک کـارکرد سـیمایسرزمین) و مکان مطرح شود( 30). مقیاس مکـان ی، چنانچـه درسامانههای اطلاعات جغرافیایی نیز مطرح میشود، در سه بخش اندازه سلول( یا کـوچکتر ین واحـد نقشـه در حالـت بـرداری)، گستره و نوع سیستم طبقهبندی پدیدهها در نقشههای موضـوع یمورد بررسی قرار میگیرد( 13).
در مباحث مرتبط با بررسی اثر مقیاس در اکولـوژ ی سـ یمایســرزمین، مطالعــات متعــددی بــه بررســی وجــود حساســیت س نجهه ای س یمای ســرزمین ب ه عام ل مقی اس و در نتیجــه طبقهبندی آنها به گروههای مختلفی از جمله سنجههای حسـاسو غیرحساس به عامل مقیاس پرداختند. بهعنوان مثال عسـگر یان و جباریان (4) در یک سـ یمای سـرزم ین کشـاورز ی در منـاطقمرکزی ایران ،یوما و همکـاران ( 31) در یـ ک سـ یمای سـرزم ین غیرواقعی (شبیهسازی شده) و موارد بسیار دیگر، تنها به گزارش وجود و عدم وجود ارتباط سنجههای سیمای سرزمین بـا عامـلمقیاس پرداختند (برای دسترسی جامع به این مطالعـات رجـوع کنید به( 30)). در سطوح بالاتر، این مطالعـات بـه مـدلسـاز یارتبــاط بــین ســنجههــای ســیمای ســرزمین و عامــل مقیــاس پرداختهاند. بـه عنـوان مثـال وو و همکـاران( 32) نحـوه پاسـخسنجههای سیمای سرزمین به عامـل مق یـ اس را براسـاس انـواعمدلهای رگرسـ یونی کـال یبره شـده بـرای هـر سـنجه و نیـ ز در س یماهای س رزمین مختل ف بررس ی کردن د .آنه ا ب ا تفس یر منحنیهای تغییر مقیاس ،سنجههای سیمای سـرزم ین را بـه سـهگروه سنجههای قابل پیشبینی نسبت به عامل مقیاس تـا بـدونقابلیت پیشبینی طبقهبندی کردند. با این حال در این مطالعـات،تنها خصوصیات درونی (ذاتی) مـرتبط بـا عامـل مق یـ اس ماننـدگستره مکانی و وسعت سیمای سرزمین مورد توجه بوده اسـت؛حال آنکه عدم توجه به خصوصیات بیرونی در آنها مورد انتقـادقرار گرفته است. بهعنوان مثالی از بررسی خصوصیات بیرونـ ی، لاستیگ و همکاران( 22) به بررسی دو عامل بیرونی مـرتبط بـازیستگاههای حیات وحش شامل 1) درصد زیسـتگاه مطلـوب و2) خود همبستگی موجود در ساختار الگوهای مکانی (بهعنـوانشاخصــی از تکــه تکــه شــدگی ســیمای ســرزمین و تخریــب زیستگاه) پرداختند. نتایج حاصل از این مطالعـه گو یـ ای ارتبـاطقوی بین عوامل بیرونی ذکر شده و وابستگی سنجههای سـ یمایسرزمین به عامل مقیاس است.
در راستای مطالعات صورت گرفته، تحقیق پـ یش رو بـر آناست تا بهعنوان رویکـرد ی جدیـ د و بـا اسـتفاده از روشهـا یآماری به کمی کـردن ابعـاد فراکتـال الگوهـای مکـان ی در یـ ک سیمای سرزمین متنوع از نظر نوع کاربری/ پوشـش سـرزمین در مناطق شمال کشور بپردازد. بر این اساس ،علاوه بر بررسـ ی اثـر
مقیاس بر سنجههای سیمای سرزمین، جهت و شدت حساسیت سنجههای سیمای سرزمین به عامل مقیاس نیـ ز در ایـ ن مطالعـهمشخص خواهد شد.
مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه
برای انجام این مطالعه بهدلیل لزوم استفاده از یک منطقه با تنوع کاربری/ پوشش اراضی بـالا ، محـدوده ای منطبـق بـر شهرسـتانساری با استفاده از مرزهای اکولوژیکی (خط الـراس کـوههـا یمنتهی به جلگه دشت مازندران) با وسـعت 950 کیلـومتر مربـعبین طول جغرافیایی 93/52 تـا 37/53 درجـه شـرقی و عـرضجغرافیایی 44/36 تا 82/36 درجه شمالی بهعنوان منطقـه مـوردمطالعه در این تحق
یق انتخاب گردید. ایـ ن منطقـه از شـمال بـهدریــای خــزر و از ســمت جنــوب بــه ارتفاعــات پوشــیده از جنگلهای هیرکانی منتهی مـ یشـود. طبقـات کـاربری/ پوشـشسرزمین آن بسیار متنوع و از پراکندگی بسیار خـوب ی برخـورداراس ت. بس تر س یمای س رزمین منطق ه م ورد مطالع ه اراض یکشاورزی و دربرگیرنده آب بندهای پراکنده و یک تکـه بـزرگسکونتگاهی (شهر ساری با وسعت تقریبی 2000 هکتار) است .
اراضی بدون پوشش شامل بستر رودخانه تجن در پیرامون شـهرساری است و اراضی جنگل در ارتفاعـات جنـوبی ایـ ن منطقـهدیده میشود .شکل 1 نشاندهنده منطقه مورد مطالعه است.
دادههای مورد استفاده

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

در مطالعات صورت گرفتـه در داخـل کشـور، عمومـاعمومـاً تصـاویر ماهواره لندست بهدلیل رایگان بودن و دسترسـ ی بسـ یار راحـتبهعنوان اصلیترین منبع برای تولید اطلاعـات پا یـ ه (در مقیـ اس 1:50000 تا 1:100000) در مطالعـات محـیط زیسـت و منـابعطبیعی بهشمار میآیند. از اینـرو از تصـو یر مـاهوار ه لندسـت 8(نسل 4، سنجنده OLI) در تـار یخ 23 مـرداد 1394 بـه شـمارهردیف و گذر 36/163 برای تولید و پردازش دادههـا ی اولیـ ه در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت.
پردازش تصاویر ماهوارهای
در گام اول، تصویر خام ماهواره لندست بـا انجـام تصـحیحات اتمسفری با اسـتفاده از روش اصـلاح شـده سـلول تاریـ ک( 6) مستقیماماً به مقادیر بازتـاب تبـدیل شـدند. سـپس بـا جداسـازیمنطقه مورد مطالعه از تصویر و با استناد بـه سـطح اول سیسـتمطبقهبندی اندرسون و همکاران (8)، عمل شناسایی انواع طبقات کاربری/ پوشش در منطقه مورد مطالعه منجربه شناسـا یی تعـدادپــنج طبقــه شــامل پوشــش هــای آب، جنگــل، بــایر، کــاربریســکونتگاهی و کشــاورزی انجامیــد .جــدول 1 دربرگیرنــده توضیحات مربوط به هر طبقه است.
برای پردازش تصاویر از یک روش سلسـله مراتبـی اسـتفادهشد. در گام اول، پوشش آب با استفاده از شاخص توسـعه یافتـهبرای این منظور ،NDWI، با دقت قابل قبول تهیـ ه گردیـ د( 23). کاربرد موفق این شاخص در مناطق شمالی کشور برای استخراج پوشش آب در مطالعات( 5) به اثبات رسیده است( رابطه 1).
NDWI  Xgreen Xnir / Xgreen Xnir[1]
126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

در این معادله،Xgreen : مقادیر بازتاب بانـد سـبز وXnir :مقـاد یر بازتاب باند مادون قرمز نزدیک تصویر لندست است .هـم چنـین برای استخراج پوشش جنگـل از شـاخصNDVI (رابطـه 2) و تعیین حدود آستانه بـرا ی آن اسـتفاده شـد( 1). در ایـ ن رابطـه مقدار عددی بیش از 55/0 بهعنوان پوشش جنگل درنظر گرفتـهشد( Xred: مقادیر بازتاب باند قرمز تصویر لندست است.)
NDVI  Xnir Xred / Xnir  Xred[2]

شکل 1. منطقه مورد مطالعه
جدول 1. توصیف طبقات کاربری/ پوشش در منطقه مورد مطالعه
توضیحات کاربری/ پوشش سرزمین
آب بندها با عمق آب بیش از نیم متر آب
پوشش متراکم درخت جنگل
خاک بدون پوشش گیاهی، شنزارهای ساحلی و بستر رودخانه بایر
اراضی انسان ساخت شامل مناطق مسکونی و راههای ارتباطی سکونتگاه
اراضی زیر کشت و مناطق آیش کشاورزی
کاربری سکونتگاهی و بایر با استفاده از روش ماشین بـردارپشتیبان( SVM) طبقهبندی شدند. ایـ ن روش نسـبت بـه تعـدادنقاط تعلیمی حساس نیست( 33)؛ لذا بر این اسـاس تعـداد 26نقطه برای پوشش بایر و 95 نقطـه بـرای کـاربر ی سـکونتگاه یتهیه و بهروش ماشین بردار پشـت یبان معرفـ ی گردیـ د. سـرانجاممناطقی که در طبقهبنـدی هـا ی انجـام شـده جـدا نشـده بودنـدبهعنوان اراضی کشاورزی درنظر گرفتـه شـدند. بـرای حصـولاطمینان از دقت پردازش تصویر به طبقات مذکور، ماتریس خطا با استفاده از نقاط با نوع کـاربر ی معلـوم تشـکیل و آمـاره هـا یصحت کلی، ضریب کاپا محاسبه گردید. نقاط بـا نـوع کـاربریمعلوم برای نواحی در دسترس با استفاده از نقاط برداشت شـدهتوسط دسـتگاه موقع یـ ت یـ اب جهـان ی در سـال 1390 و بـرا یمناطق کوهستانی و بدون دسترس (نقاط مرتفع و دور از راههایارتباطی) با استفاده از تصاویر بـا قـدرت تفکیـ ک بسـ یار بـالا ی
. بهدست آمدgoogle earth
خطی استوار است قرار میگیرند؛ بهصورتی که این محدوده بـهمیزان تغییر مقدار عددی سنجههـا ی سـ یمای سـرزم ین حسـاسخواهــد بــود. شــاخص فراکتــال ی تعیــین شــده در ایــن روش بهصورت زیر است:
FD   1 1 a aa a00[4]
بررسی اثر مقیاس
که در آن FD، بعد فرکتالی برپایه مقادیر کمی سنجههای سیمای
در این بخش از تحقیق، از روش سلول- مرکـزی بـرا ی تبـدیل
سرزمین است که در اثر تغییر اندازه سـلول نقشـههـا بـه دسـت
مقیاس تصویر پردازش شـده اسـتفاده شـد. بـهطـور مشـابه بـا
میآید و a: شیب مدل رگرسیون لگـار یتم- لگـار یتم اسـت کـه
مطالعات انجام شده در این زمینه( 15 و 22) مقیاسهـا ی مـورد
مقدار عددی بین 1 و 1- را در برمیگیرد. بـا توجـه بـه معادلـه
نظر برابـر بـا 30، 60، 120، 150، 200، 250 و 300 (حـداکثر
ارائه شده در بالا، مقدار شاخص فراکتالی محدوده بـین 2 و 2-

اندازه قدرت تفکیک تصاویر مـاهواره ای منـابع زمـین) انتخـاب
را شامل میشود.
گردید. در گام بعد، کلیه سنجههای سیمای سرزمین توسعه یافته
ابعاد فراکتالی منفی (زمانی کـه 0a>) نشـاندهنـده افـزایش
در نرمافزارFragstats (25) در سطح سیمای سـرزمین محاسـبه
مقدار عددی سنجههای سیمای سرزمین بهدلیل افـزا یش انـدازه
شدند. در مطالعات متعـددی، سـنجه هـا ی تعبیـ ه شـده در ایـ ن
سلولها است؛ در حالیکه مقدار مثبت بعد فراکتالی ( زمـانی کـه
126873867918

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

Downloaded from ijae.iut.ac.ir at 16:10 IRST on Saturday October 28th 2017 [ DOI: 10.18869/acadpub.ijae.5.16.85 ]

نرمافزار بهعنوان اصلیتـر ین معیارهـا ی کمـی کـردن الگوهـای0a<) نشـان دهنـده کـاهش مق دار عـددی سـنجه هـای س یمای
سیمای سرزمین مورد استفاده قـرار گرفتـهانـد ( 30). جـدول 2
سرزمین در نتیجه افزایش اندازه سلولها است. ذکـر ا یـن نکتـه
نشاندهنده سنجههای مورد استفاده در این تحقیق است.
لازم است که مقدار عددی بعد فراکتـالی برابـر بـا 1، بـ ه معنـ ی
برای بررسی اثر مقیاس بـر حساسـیت سـنجههـا ی سـیمای
مقدار صفر در شیب خط مدل رگرسیونی است که در آن، مقدار
سرزمین از مدل رگرسیون خطی لگاریتم- لگاریتم ( بـهصـورت
عددی سنجههای سیمای سرزمین تحت تأثیر تغ ییـرات مقیـ اس تبدیل اولیه دادهها بـه مقـادیر لگـار یتم آنهـا ) اسـتفاده شـد کـه
مکانی تغییر نمیکند .
بهصورت زیر تعریف میشود( رابطه 3):
ضریب تع یـین ( تشـخیص) مـدل رگرسـیون خطـ ی (در حالـت
2logM  a logG b[3]
لگاریتم- لگاریتم)، که با عنوان R (مربع ضریب همبستگی) نیز
در این معادله، مؤلفه M، ارزش معیارهای سیمای سرزمین است
شناخته میشود، درجه حساسیت سـنجه هـا ی سـ یمای سـرزم ین
که بهوسیله سنجهها تعیین میشود ،G: اندازه سلولها در نقشـه
نسبت به مقیاسهای مختلف را مطابق مدل رگرسیونی لگاریتم-
کــاربری زمــین ،a: مقــدار شــیب و b: عــرض از مبــدأ مــدل
لگاریتم اندازهگیری میکند( رابطه 5).
n 
رگرسیفنگون و خطیهمکارانلگاری( تم15-) با لگاریتبدیتم ل شیاست.ب این معادله به یک تابع Ri1 logG avg logG logM avg logM 
220833-149621

فراکتالی توانستند مقدار حساسیت سنجههای سیمای سرزمین را 2in1logG avg logG 2in1logM avg logM 
[5]در گستره مشخصی بین دو عدد مشخص تعیین کننـد. بـه ب یـان
در این معادله ،(avg(logG و (avg(logM بهترتیب نشـاندهنـد هدیگر، اعداد بهدست آمـده از کمـی کـردن سـنجههـا ی سـیمای
میانگین ارزش لگاریتم G و لگاریتم M هستند. مقادیر نزدیک به سرزمین (در حالت تبدیل شده به مقیاس لگاریتمی) در محدوده
یـک ا یـن ضـر یب نشـاندهن ده حساسـیت ز یـاد سـنجههـا ب ه
جدیدی از دو عدد که برمبنای ( شـیب) یـ ک مـدل رگرسـیونی
24484186128

جدول 2. خصوصیات سنجههای سیمای سرزمین مورد استفاده در سطح سیمای سرزمین
نام ویژگی
بدون واحد
تعداد در 100هکتار
متر در هکتار NP
PD
ED تعداد لکه
تراکم لکه
تراکم حاشیه
شاخص بزرگترین شکل و
حاشیه
درصد LPI لکه هکتار MPS متوسط اندازه لکه بدون واحد GYRATE شاخص چرخش 24484319880

ویژگی سیمانام سنجهواحدنام سنجهنام اختصاریواحداختصاریسیما
واحدبدون واحدبدون DIVISION COHESION شاخص تقسیم شدگی
شاخص پیوستگی لکه تجمع
SPLIT شاخص تفرق بدون
24484179671

  • 1

پاسخ دهید