بخشی از مقاله
مقدمه
یخچال ها، توده های بزرگی از یخ و برف میباشند که در مناطقی با آب و هوای سرد همراه با یخبندان تشکیل می شوند . نحوه تشکیل یخچال های طبیعی به این صورت است که برف به صورت بلورهایی با شکل های گوناگون بر روی سطح زمین سقوط می کند و در مناطقی که از نظر شرایط محیطی و جوی مستعد تشکیل یخچال طبیعی هستند، انباشته شده و در اثر سه عامل مهم دمای خورشید، تصعید و اثر فشار فزاینده دچار دگرگونی پیچیده شده و طی این فرآیند یخ یخچالی تشکیل می شود
یخچال های طبیعی جزء پدیده هایی در سطح کره زمین محسوب می شوند که با پیشروی و عقب نشینی خود پاسخ های متناسبی به تغییرات اقلیمی کره زمین نشان می دهند به طوری که در چند دهه اخیر با توجه به افزایش گازهای گلخانه ای در جو و به تبع آن افزایش دمای کره زمین، یخچال های طبیعی عقب نشینی فزاینده ای داشته اند و از حجم و سطح آنها به میزان قابل توجهی کاسته شده است
از طرفی ذخایر برفی در بالادست کوه ها الگوی رواناب فصلی پایین دست را تحت تاثیر قرار می دهند، به خصوص در مناطق با فصل تابستان خشک که در آن رواناب حاصله از ذوب برف و یخچال یک منبع اساسی برا ی تأمین آب می باشد
بنابراین پایش مداوم وضعیت یخچال های طبیعی به علت ارتباطی که در تأمین منابع آب دارند بسیار حائز اهمیت می باشد و بررسی وضعیت سطوح برفی و یخچالی در مناطق مختلف یکی از روش های بررسی و پایش آنها می باشد. مزایای مختلف داده های سنجش از دور، همچون امکان تهیه اطلاعات در مقیاس های مختلف جهانی، ملی و ناحیه ای، پوشش وسیع، مقرون به صرفه بودن، تولید اطلاعات چند زمانه و مواردی از این دست، کاربردهای گوناگونی را برای داده های سنجش از دور امکانپذیر ساخته است
از جمله این کاربردها تهیه نقشه های پوششی بخصوص نقشه پوشش برف با استفاده از داده های سنجش از دور است. برای نخستین بار برفسنجی در سال 1960 در شرق کانادا توسط ماهواره TIROS- 1 انجام شد. پیشرفت های اخیر در فناوری و تعدد ماهواره ها، استفاده از داده های ماهواره ای را در بررسی پوشش برف امری حیاتی ساخته است
بکارگیری نسبت بازتابندگی باند مرئی به فروسرخ نزدیک، برای شناسایی سطوح برفی اولین بار در سال 1960 توسط کایل و همکاران مورد استفاده قرار گرفت. این نسبت توسط سازمان فضایی ایالت متحده برای داده های سنجنده MODIS و به نام شاخص پوشش برفی معرفی گردید . به طور کلی این تکنیک اساس شناسایی برف و همچنین یخ در تصاویر ماهواره ای می باشد
در این پژوهش شناسایی و تعیین تغییرات سطوح برفی در رشته کوه سبلان با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8 و محاسبه شاخص سطح نرمال شده پوشش برف - - NDSI برای4 سال پیاپی - سال های 2013 تا - 2016 انجام و تغییرات ارتفاع و مساحت سطوح پوشیده از برف برای هر سال تعیین و مشخص شد.
منطقه مورد مطالعه
سبلان در 35 کیلومتری غرب شهر اردبیل و 25 کیلومتری جنوب شرقی شهرستان مشگینشهر واقع شده است. این رشته کوه در طول جغرافیایی 47 درجه و 50 دقیقه شرقی و عرض جغرافیایی 38 درجه و 17 دقیقه شمالی قرار دارد و طولی حدود 600 کیلومتر و پهنایی معادل 45 کیلومتر و مساحتی نزدیک به 6000 کیلومتر مربع را در برگرفته است. سبلان سومین قله بلند ایران - پس از دماوند و علمکوه - و یک کوه آتشفشانی غیرفعال است که ارتفاع بلندترین قله آن 4811 متر می باشد . امتداد آن شرقیBغربی بوده و از شرق و شمال و جنوب کوهی به نام قوشه داغ آنرا به رشته کوه ارسباران متصل میکندعرض. جغرافیایی نسبتاً بالا و قله های مرتفع آن باعث شده دامنه های آن در تمام طول سال پوشیده از یخ و برفهای دائمی باشد
شکل-1 موقعیت جغرافیایی منطقه سبلان
مواد و روشها
NDSI یا شاخص سطح نرمال شده پوشش برف معیاری برای تعیین سطوح ارتفاعی دارای برف و یکی از تکنیک های سنجش دور برای بررسی وضعیت مناطق کوهستانی و برفگیر می باشد. مبنای تعیین این شاخص تصاویر ماهواره ای و با توجه به میزان بازتابش نور وگرما از سطح پوشیده از برف است که با در نظرگرفتن مشکلات دستیابی و صعب العبور بودن مناطق کوهستانی برای شناسایی سطوح پوشیده شده از برف همچنین تعیین دقیق مساحت برف روش مناسب و نوینی به شمار می رود.
NDSI به عنوان یک الگوریتم استخراج اتوماتیک برف به همراه مجموعه ای از آستانه ها به کار می رود و به صورت پیکسل به پیکسل محاسبه می گردد. این شاخص بر مبنای این حقیقت که برف دارای بازتابندگی بالا در ناحیه مرئی و بازتابندگی پایین در محدوده فروسرخ میانی می باشد، جهت تشخیص برف از ابر و مناطق فاقد برف استفاده می شود
برای محاسبه مقدار NDSI ابتدا تصاویر لندست 8 مربوط به اواخر ماه جولای - اواسط شهریورماه - سال های 2013 تا 2016 منطقه مورد نظر تهیه و در محیط نرم افزارERDAS EMAGINE 2014 ترکیب باند های تصاویر انجام شد علت این انتخاب به حداکثر رسیدن ذوب برف و یخ در این موقع از سال و قبل از شروع بارش های پاییزی در منطقه جهت محاسبه دقیق سطوح برف دائم در منطقه می باشد. پس از آن با استفاده از فرمول - 1 - مقدار NDSI برای هر تصویر تعیین و مشخص شد:
بعد از محاسبه شاخص سطح نرمال شده پوشش برف، سطوح بدست آمده در محیط نرم افزار ARC GIS مورد پردازش قرار گرفت و در نهایت پولیگون های مربوط به سطح پوشیده از برف برای هر سال مشخص و تعیین شد. حال با استفاده از پولیگون های بدست آمده و مدل رقومی ارتفاعی - - DEM منطقه با دقت 30 متر، که از قبل آماده شده است، حد ارتفاع سطوح برفی در هر سال مشخص می شود - جدول - 1و - شکل 2و. - 3
جدول -1 تغییرات ارتفاع و مساحت سطوح پوشیده از برف در منطقه سبلان
شکل-2 حد ارتفاع سطوح برفی سال - 2013سمت راست - و سال - 2014سمت چپ -
شکل-3 حد ارتفاع سطوح برفی سال - 2015سمت راست - و سال - 2016سمت چپ -
نتایج و یافته ها
یخچال های طبیعی جزء پدیده هایی در سطح کره زمین محسوب می شوند که با پیشروی و عقب نشینی خود پاسخ های متناسبی به تغییرات اقلیمی کره زمین نشان می دهند به طوری که در چند دهه اخیر و با توجه به افزایش انتشار گازهای گلخانه ای در جو و به تبع آن افزایش دمای کره زمین، ذوب یخچال های طبیعی افزایش یافته و از حجم آنها به میزان زیادی کاسته شده است. بنابراین پایش مداوم وضعیت آنها به عنوان یکی از عناصر مرتبط با تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی همچنین نقشی که در تأمین منابع آب دارند، بسیار حائز اهمیت می باشند.
در این پژوهش جهت شناسایی و تعیین تغییرات سطوح برفی در رشته کوه سبلان، ابتدا به کمک تصاویر ماهواره ای لندست 8، شاخص سطح نرمال شده پوشش برف - - NDSI محاسبه و ارتفاع و مساحت سطوح برفی برای 4 سال پیاپی - سال های 2013 تا - 2016 تعیین و تغییرات آنها برای هر سال تعیین و مشخص شد. بر طبق نتایج بدست آمده پایین ترین ارتفاع و مساحت سطوح برفی منطقه سبلان در طی چهار سال اخیر بسیار نا منظم دچار تغییر شده است که در کل روندی افزایشی برای کمترین ارتفاع سطوح پوشیده از برف و روندی کاهشی از نظر مساحت و حجم را نشان می دهد
