یک رویکرد تلفیقی با استفاده از SPEI و شاخص‌های سنجش از دور برای پایش و ارزیابی خشکسالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سنجش از دور و GIS، دانشکده علوم زمین، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، خوزستان، ایران

2 گروه احیاء‌ مناط‌ق‌ خشک‌ و کوهستانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، البرز، ایران

10.22034/nawee.2026.579655.1210
چکیده
هدف: در این پژوهش از شاخص‌های سنجش از دور و شاخص اقلیمی SPEI در بازه‌های ۱، ۵ و ۱۰ ساله برای پایش و ارزیابی خشکسالی در استان خوزستان استفاده شد.
مواد و روش‌ها: داده‌های لندست و داده‌های اقلیمی ۱۳ ایستگاه هواشناسی برای دوره 30 ساله (1372-1402) استفاده شدند. شاخص‌های NDVI، LST، MNDWI، NDSI و شاخص SPEI پردازش شدند. Google Earth Engine برای استخراج شاخص‌های سنجش از دور، R-STUDIO برای محاسبه SPEI و Python برای انجام تحلیل‌های آماری و ترسیم نمودارها استفاده شدند.
نتایج: مناطق شمالی و شرقی استان در بازه ۵ ساله، درجه خشکسالی بیشتری داشتند. NDVI نشان داد که پوشش گیاهی در مناطق مرکزی افزایش و در کوهستان‌ها کاهش یافته است. MNDWI نوسانات پهنه‌های آبی و NDSI کاهش پوشش برف را نشان دادند. LST افزایش دمای سطح زمین را نشان داد و SPEI دوره‌های طولانی خشکسالی را در ایستگاه‌هایی مانند آبادان و باغملک شناسایی کرد، اما در دزفول/سردشت بهبود وضعیت رطوبتی مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: شاخص‌های سنجش از دور در آشکارسازی تغییرات کوتاه‌مدت (۱ ساله) و ارائه داده‌های مکانی کارایی بیشتری داشتند، در حالی که SPEI برای تحلیل الگوهای بلندمدت (۵ و ۱۰ ساله) و شناسایی دوره‌های خشکسالی بلندمدت مناسب‌تر بود. همچنین، افزایش LST، کاهش NDSI و نوسانات پهنه‌های آبی نشان‌دهنده تأثیرات ترکیبی خشکسالی و گرمایش اقلیمی در خوزستان است. نتایج نشان داد که خشکسالی در مناطق مختلف استان یکنواخت نبوده است. مناطق شمالی و شرقی در بازه ۵ ساله آسیب‌پذیرتر بوده‌اند، در حالی که مناطق مرکزی به دلیل نزدیکی به منابع آبی و توسعه اراضی کشاورزی، وضعیت بهتری داشته‌اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

A INTEGRATED APPROACH USING SPEI and REMOTE SENSING INDICES for DROUGHT MONITORING and ASSESSING

نویسندگان English

Sajad Zareie 1
Farhad Farhadmanesh 1
Hassan Khosravi 2
1 Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Earth Sciences, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Khuzestan, Iran
2 Department of Arid and Mountain Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Alborz, Iran.
چکیده English

Objective: In this research, remote sensing indices and SPEI climatic index over 1-year, 5-year, and 10-year intervals were used to monitor and evaluate drought in Khuzestan Province.
Methods: Landsat data and climatic data from 13 meteorological stations over a 30-year period (1993-2023) were used. NDVI, LST, MNDWI, NDSI, and SPEI index were processed. Google Earth Engine was used to extract remote sensing indices, R-STUDIO was used to calculate SPEI, and Python was used for statistical analyses and plotting.
Results: The northern and eastern regions of province experienced higher drought severity over 5-year period. NDVI indicated that vegetation increased in central areas and decreased in the mountains. MNDWI showed fluctuations in water bodies, and NDSI indicated a decrease in snow cover. LST showed an increase in land surface temperature, and SPEI identified long-term drought periods at stations such as Abadan and Baghmalek; however, improved moisture conditions were observed in Dezful/Sardasht.
Conclusions: Remote sensing indices were more effective at detecting short-term (1-year) changes and providing spatial data, whereas SPEI was more suitable for analyzing long-term patterns (5 and 10 years) and identifying prolonged drought periods. Furthermore, increased LST, decreased NDSI, and fluctuations in water bodies indicate the combined effects of drought and climate warming in Khuzestan. Results showed that drought was not uniform across different regions of province. The northern and eastern regions were more vulnerable over the 5-year period, whereas central areas were in better condition due to their proximity to water resources and development of agricultural lands.

کلیدواژه‌ها English

Drought
Remote Sensing Indices
SPEI
Time Series
Khuzestan
جهانگیری، آ.، معتمدوزیری، ب.، کیادلیری، ه (۱۴۰۳). بررسی تأثیر تغییر اقلیم بر خشکسالی با شاخص‌های SPEI و SPI (مطالعه موردی حوضه آبریز کارون سه). نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 18 (65)، 85-97. https://doi.org/10.22092/ijwse.2025.366120.1846
حاجی آبادی، ف.، حسن پور، ف.، یعقوب زاده، م.، حمامی، ح (1404). ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر خشکسالی کشاورزی به کمک شاخص SMDI دررژیم‌های مختلف آبیاری. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست. 4 (1)، 72-84. https://doi.org/10.22034/nawee.2025.486306.1116
ده‌مرده، ا.، حشمت پور، ع.، فتح آبادی، ا.، جندقی، ن (1405). بررسی تأثیر خشکسالی و ترسالی بر کیفیت و کمیت آب زیر زمینی شهرستان کلاله. رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست. 5 (1)، 39-57. https://doi.org/10.22034/nawee.2024.460310.1084
رزمخواه، ه (1401). بررسی تغییرات منطقه ای شاخص خشکسالی SPI سه ماهه با استفاده از تکنیک زمین آماری کریجینگ، مطالعه موردی : استان فارس، رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2(1)، pp. 25-36. http://doi.org/10.22034/nawee.2023.357687.1020
شجاعی‌شیری، ح.، آرزانی، ح.، کشتکار، ح.، باقری، س.، کاوسی، ا (۱۴۰۴). ارزیابی و پایش وضعیت خشکسالی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و هواشناسی بر اساس سری‌های زمانی (مطالعه موردی: استان زنجان). مجله اکوهیدرولوژی، ۱۲ (۱) ، ۶۱۳۶۳۴. https://doi.org/10.22059/jje.2025.380086.1841
عبادی نهاری، ز.، عرفانیان، م.، کاظمپور چورسی، س (1402). ارائه یک روش نوین برای ارزیابی و پایش جامع خشکسالی حوضه آبریز دریاچه ارومیه با استفاده از شاخص تلفیقی خشکسالی SDI. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 23(68)، 243-257. Doi:10.52547/jgs.23.68.243
عفیفی، م.ا (1400). بررسی اثر خشکسالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از تکنیک های سنجش از دور، مطالعه موردی: حوضه آبریز سد درودزن. جغرافیا (فصلنامه علمی انجمن جغرافیایی ایران)، 19(70)، 153-172. http://dor.net/dor/20.1001.1.27172996.1400.19.70.9.9
کروژده، م.، امینی‌نیا، ک.، ثاقبیان، س.م (۱۴۰۴). بررسی وضعیت خشکسالی در استان خراسان رضوی با استفاده از شاخص‌های SPEI و VCI. فصلنامه علمی فضای جغرافیایی، ۲۵ (۹۱)، ۱۴۷۱۶۸. https://doi.org/10.83252/geospa.2025.3.4112
مرادی، م.، مرادی، ح.، وفاخواه، م (1402). بررسی تغییرات زمانی و مکانی خشک‌سالی هواشناسی (SPI) درحوزه آبخیز کارون، رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 2(1)، pp. 113-128. https://doi.org/10.22034/nawee.2023.401019.1044
یزدانپناه، ح.، مومنی، م.، حسینقلی ‌نژاددزفولی، ح.، موحدی، س.، سلیمانی تبار، م (1393). مقایسه شاخص‌های پوشش گیاهی سنجش از دور در پایش خشکسالی (مطالعه موردی مراتع نیمه شمال استان خوزستان). جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، 25(2)، 85-98. https://sid.ir/paper/511454/fa
Afifi, M. E., 2021. Investigating the effect of drought on vegetation using remote sensing techniques, case study: Dorudzan Dam catchment area. Geography (Quarterly Journal of the Geographical Society of Iran), 19(70), pp.153-172. (In Persian) http://dor.net/dor/20.1001.1.27172996.1400.19.70.9.9
Alito, K. T., Kerebih, M. S. 2024. Spatio-temporal assessment of agricultural drought using remote sensing and ground-based data indices in the Northern Ethiopian Highland. Journal of Hydrology: Regional Studies, 52, p.101700. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101700
Asghari Saraskanroud, S., Faramarzi Ouri, B., Zeinali, B., Mostafazadeh, R., 2024. Estimation of land surface temperature (LST) using single-channel and multi-band methods in Sablan mountainous region. Advances in Space Research, 74(7), pp.2915-2929. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.asr.2024.06.027
Cheng, Y., Zhang, K., Chao, L., Shi, W., Feng, J., Li, Y., 2023. A comprehensive drought index based on remote sensing data and nested copulas for monitoring meteorological and agroecological droughts: A case study on the Qinghai-Tibet Plateau. Environmental Modelling & Software, 161,p. 105629. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2023.105629
Dehmardeh, A., Heshmatpour, A., Fathabadi, A., Jandaghi, N. 2026. Investigate the Effect of Wet and Drought on Groundwater Quantity and Quality of Kalaleh city. Journal of new approaches in water engineering and environment. 5 (1), pp.39-57. https://doi.org/10.22034/nawee.2024.460310.1084
Ebadi Nahari, Z., Erfanian, M., Kazempour Chorsi, S., 2023. Presenting a new method for comprehensive drought assessment and monitoring of Lake Urmia basin using the Integrated Drought Index (SDI). Applied Research in Geographic Sciences, 23(68), pp.243-257. (In Persian) Doi:10.52547/jgs.23.68.243
Hajiabadi, F., Hassanpour, F., Yaghoobzadeh,  M., Hammami, H. 2025. Assessing the effect of climate change on agricultural drought by using of SMDI index in different Irrigation levels. Journal of new approaches in water engineering and environment. 4 (1), pp.72-84. https://doi.org/10.22034/nawee.2025.486306.1116
Hissan, R. U., Parveen, N., 2025. Predicting long-term meteorological drought using random forest and multi-scale drought indices. Theoretical and Applied Climatology.
Jahangiri, E., Motamedvaziri, B., Kiadaliri, H. 2024. Investigating the Impact of Climate Change on Drought with SPI and SPEI Indices (Case Study of Karun 3 Watershed). Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering. 18 (65), pp.85-97. https://doi.org/10.22092/ijwse.2025.366120.1846
Koroozhdeh, M., Amininia, K., Saghebian, M. 2025. Investigating the drought situation in Razavi Khorasan province using SPEI and VCI indices. Journal of geograph space. 91 (25),pp. 147-168. https://doi.org/10.83252/geospa.2025.3.4112
Liu, Q., Yang, S., Li, S., Zhang, H., Zhang, J., Fan, H., 2024. The optimal applications of scPDSI and SPEI in characterizing meteorological drought, agricultural drought and terrestrial water availability on a global scale. Science of The Total Environment, 906, 167621.
Meseguer-Ruiz, O., Serrano-Notivoli, R., Aránguiz-Acuña, A., Fuentealba, M., Nuñez-Hidalgo, I., Sarricolea, P., Garreaud, R., 2024. Comparing SPI and SPEI to detect different precipitation and temperature regimes in Chile throughout the last four decades. Atmospheric Research, 297, 107085. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2023.107085
Moradi M., Moradi H.R., Vafakhah M. 2023. Investigating temporal and spatial changes of meteorological drought (SPI) in Karun watershed. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 2(1), pp.113-128. https://doi.org/10.22034/nawee.2023.401019.1044
Peng, L., Sheffield, J., Wei, Z., Ek, M., Wood, E. F., 2024. An enhanced standardized precipitation–evapotranspiration index (SPEI) drought-monitoring method integrating land surface characteristics.Earth System Dynamics, 15, pp.1277–1295.
Potop, V. C., Boroneant, M., Mozny, P., Stepanek, P., 2014. Observed spatiotemporal characteristics of drought on various time scales over the Czech Republic. Theoretical and Applied Climatology, 115,pp. 563-581.
Razmkhah H. 2022. Assessing SPI-3 months spatial variation using Kriging, Case study, Fars province. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 1(2),pp. 25-36.  https://doi.org/10.22034/nawee.2023.357687.1020
Sabzevari, Y., Eslamian, S., Okhravi, S. (2025). Application and Evaluation of SPI and SPEI Indices in Drought Analysis. Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 4(2),pp. 79-90. https://doi.org/10.22034/nawee.2025.505572.1139
Sabzevari, Y., Eslamian, S., Okhravi, S. 2025. Application and Evaluation of SPI and SPEI Indices in Drought Analysis. Journal of new approaches in water engineering and environment. 4 (2), pp.79-90. https://doi.org/10.22034/nawee.2025.505572.1139
Shojaee Shiri, H., Arzani, H., Keshtkar, H., Bagheri, S., Kavoosi, O. 2025. Assessment and Monitoring of Drought Using Satellite and Meteorological Time Series Data (Case Study: Zanjan Province). Journal of ECO Hydrology. 12 (1), pp.613-634. https://doi.org/10.22059/ije.2025.380086.1841
Sun, H., Xu, Z., Liu, H., 2023. An evaluation of the response of vegetation greenness, moisture, fluorescence, and temperature-based remote sensing indicators to drought stress. Journal of Hydrology, 625, 130125. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.130125
Talebi, H., Samadianfard, S., 2024. Integration of machine learning and remote sensing for drought index prediction: A framework for water resource crisis management. Earth Science Informatics.
Wan, L. V. A. B., Yanping, Q., Jianxiu, Q., Hongquan, S., Rong, Z., Xiaoping, W., Feng, X., Jinkuo, L., Qianfeng, W., 2023. Drought characteristics and dominant factors across China: Insights from high-resolution daily SPEI dataset between 1979 and 2018. Science of The Total Environment, 901,p. 166362. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.166362
Wu, C., Zhong, L., Yeh, P. J. F., Gong, Z., Lv, W., Chen, B., Zhou, J., Li, J., Wang, S., 2024. An evaluation framework for quantifying vegetation loss and recovery in response to meteorological drought based on SPEI and NDVI. Science of The Total Environment, 906,p. 167632. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167632
Yazdanpanah, H., Momeni, M., Hosseingholi Nejad-Dezfuli, H., Movahedi, S., Soleimani Tabar, M., 2014. Comparison of remotely sensed vegetation indices in drought monitoring (case study of the rangelands of the northern half of Khuzestan province). Geography and Environmental Planning, 25(2), pp.85-98. (In Persian) https://sid.ir/paper/511454/fa
Zhao, H. Y. H., Xiaowei, W., Xiaoyu, L., Tianjie, L., 2023. The performance of SPEI integrated remote sensing data for monitoring agricultural drought in the North China Plain. Field Crops Research, 302, p. 109041. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.109041