نقش سنجه‌های سیمای سرزمین و فرایندهای مکانی تغییر در ارزیابی کارایی مدل ژئومد (مطالعه موردی: حوضه آبخیز نکارود)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری محیط‌زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 استادیار ارزیابی محیط‌زیست، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

3 استادیار ارزیابی محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

4 استادیار آبخیزداری، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

5 محقّق هیدرولوژی، مؤسّسة تحقیقات ملّی، ساراگوسا، اسپانیا

چکیده

ارزیابی کارایی مدل پیش‌بینی تغییرات پوشش سرزمین، بخش مهمّی جهت اطمینان از صحّت نتایج حاصل است. هدف پژوهش حاضر، ارزیابی کارایی مدل ژئومد با استفاده از سنجههای سیمای سرزمین و فرایندهای مکانی تغییر جهت پیش‌بینی تغییرات جنگل در حوضة آبخیز نکارود، شمال ایران است. جهت انجام این کار، از نقشههای پوشش سرزمین سالهای 1363، 1380 و 1389 به عنوان نقشههای واقعیّت زمینی استفاده شد. نقشة شایستگی انتقال از جنگل به غیرجنگل با استفاده از ترکیب خطّی وزن داده شده، تولید شد. از توابع عضویت فازی برای استانداردسازی و از تحلیل سلسله‌مراتبی نیز به منظور وزن‌دهی معیارها استفاده شد. سنجههای سیمای سرزمین شامل مساحت کل، تراکم لکّه، تراکم حاشیه، چین‌خوردگی ابعاد، دایرة محدودکننده، سوراخ‌شدگی (مشبّک‌شدگی)، پراکندگی و مجاورت با استفاده از نرم‌افزار کمّیکردن الگوی سیمای سرزمین (فرگستتس) و فرایندهای مکانی تغییر با استفاده از درخت تصمیمگیری در محیط مدل‌ساز تغییر سرزمین محاسبه شدند. بیشترین میزان خطای نسبی حاصل از مقایسة نقشة واقعیّت زمینی با نقشة پیش‌بینی‌شده برای سنجههای تراکم لکّه، دایرة محدودکننده و سوراخ‌شدگی به دست آمد؛ در صورتی که مدل توانست با دقّت بالایی مساحت، پیچیدگی اشکال، تکّه‌تکّه‌شدگی، فشردگی و ناهمگنی مکانی لکّههای جنگلی را پیش‌بینی کند؛ همچنین فرایند مکانی تغییر حذف طی سالهای مورد مطالعه با توجّه به کاهش مساحت و تعداد لکّهها اتّفاق افتاد که مدل نیز به درستی همین فرایند را پیش‌بینی کرد. نتایج مطالعة حاضر نشان داد این روش با کارایی بالایی می‌تواند درک جامع و کاملی از عدم قطعیّت صحّت نتایج تولیدشده ارائه دهد.
 

کلیدواژه‌ها


گلدوی، سمیه (1390) مقایسة عملکرد روش‎های رگرسیون لجستیک و Geomod جهت مدل‎سازی تغییرات کاربری زمین و پوشش گیاهی و بررسی اثرات تغییرات بر آب‎های سطحی (مطالعة موردی: منطقة گرگان)، پایان‎نامة کارشناسی ارشد، استاد راهنما: مرجان محمدزاده، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، دانشکدة شیلات و محیط زیست.
مراتی‌فر، مهدی (1393) اعتبارسنجی مدل‎های CA-Markov و GEOMOD برای پیش‎بینی تغییرات کاربری اراضی در منطقة حفاظت‌شدة بیجار، پایان‎نامة کارشناسی ارشد، استاد راهنما: جمیل امان‌الهی، شهرام کبودوندپور، دانشگاه کردستان، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی.
Abdullah, S. A., Nakagoshi, N. (2006) Changes in Landscape Spatial Pattern in the Highly Developing State of Selangor, peninsular Malaysia, Landscape and Urban Planning, 77 (3), pp. 263-275.
Apan, A. A., Raine, S. R., Paterson, M. S. (2002) Mapping and Analysis of Changes in the Riparian Landscape Structure of the Lockyer Valley Catchment, Queensland, Australia, Landscape and Urban Planning, 59 (1), pp. 43-57.
Aydi, A., Abichou, T., Nasr, I. H., Louati, M., Zairi, M. (2016) Assessment of Land Suitability for Olive Mill Wastewater Disposal Site Selection by Integrating Fuzzy Logic, AHP, and WLC in a GIS, Environmental Monitoring and Assessment, 188: 59.
Bogaert, J., Ceulemans, R., Eysenrode, D. S. (2004) Decision Tree Algorithm for Detection of Spatial Processes in Landscape Transformation, Environmental Management, 33 (1), pp. 62-73.
Camacho Olmedo, M. T., Pontius Jr. R. J., Paegelow, M., Mas, J. F. (2015) Comparison of Simulation Models in Terms of Quantity and Allocation of Land Change, Environmental Modelling & Software, 69, pp. 214-221.
Chen, H., Pontius Jr. R. G. (2011) Sensitivity of a Land Change Model to Pixel Resolution and Precision of the Independent Variable, Environmental modeling & Assessment, 16 (1), pp. 37-52.
Dezhkam, S., Jabbarian Amiri, B., Darvishsefat, A. A., Sakieh, Y. (2017) Performance Evaluation of Land Change Simulation Models Using Landscape Metrics, Geocarto International, 32 (6), pp. 655-677.
Eastman, J. R. (2006) IDRISI Andes, Clark University, Worcester, MA.
Echeverria, C., Coomes, D., Salas, J., Rey-Benayas, J. M., Lara, A., Newton, A. (2006) Rapid Deforestation and Fragmentation of Chilean Temperate Forests, Biological Conservation, 130 (4), pp. 481-494.
Echeverria, C., Coomes. D. A., Hall, M., Newton, A. C. (2007) Spatially Explicit Models to Analyze Forest Loss and Fragmentation between 1976 and 2020 in Southern Chile, Ecological Modeling, 212 (3-4), pp. 439-449.
Ghanbarpour, M. R., Mohseni Saravi, H., Salimi, S. (2014) Floodplain Inundation Analysis Combined with Contingent Valuation: Implications for Sustainable Flood Risk Management, Water Resources Management, 28 (9), pp. 2491-2505.
Giriraj, A., Irfan-Ullah, M., Murthy, M. S., Beierkuhnlein, C. (2008) Modelling Spatial and Temporal Forest Cover Change Patterns (1973-2020): A Case Study from South Western Ghats (India), Sensors, 8 (10), pp. 6132-6153.
Guan, D., Li, H. F., Inohae, T., Su, W., Nagaie, T., Hokao, K. (2011) Modeling urban land use change by integration of cellular automata and Markov model, Ecological Modeling, 222 (20–22), pp. 3761–3772.
Hall, C. A. S. (Ed.)., (2000) Quantifying sustainable development: the future of tropical economies, Academic Press, San Diego, CA.
Herold, M., Couclelis, H., Clarke, K. C. (2005) The Role of Spatial Metrics in the Analysis and Modeling of Urban Land use Change, Computers, Environment and Urban Systems, 29 (4), pp. 369-399.
Herold, M., Scepan, J., Clarke, K. (2002) The Use of Remote Sensing and Landscape Metrics to Describe Structures and Changes in Urban Land Uses, Environment and Planning, 34 (8), pp. 1443-1458.
Imbernon, J., Branthomme, A. (2001) Characterization of Landscape Patterns of Deforestation in Tropical Rain Forests, International Journal of Remote Sensing, 22 (9), pp. 1753-1765.
Jaafari, S., Sakieh, Y., Alizadeh Shabani, A., 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), pp. 1701-1717.
Jafarnezhad, J., Salmanmahiny, A., Sakieh, Y. (2015) Subjectivity Versus Objectivity: Comparative Study between Brute Force Method and Genetic Algorithm for Calibrating the SLEUTH Urban Growth Model, Urban Planning and Development, 142 (3), pp. 1-13.
Jiang, H., Eastman, J. R. (2000) Application of Fuzzy Measures in Multi-Criteria Evaluation in GIS, International Journal of Geographical Information Science, 14 (2), pp. 173-184.
Joorabian Shooshtari, S., Gholamalifard, M. (2015) Scenario-Based Land Cover Change Modeling and its Implications for Landscape Pattern Analysis in the Neka Watershed, Iran, Remote Sensing Applications: Society and Environment, 1, pp. 1-19.
Joorabian Shooshtari, S., Hosseini, S. M., Esmaili-Sari, A., Gholamalifard, M. (2012) Monitoring Land Cover Change, Degradation, and Restoration of the Hyrcanian Forests in Northern Iran (1977-2010), International Journal of Environmental Sciences, 3 (3), pp. 1038-1056.
Kim, O. S. (2010) An Assessment of Deforestation Models for Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (REDD), Transaction of GIS, 14 (5), pp. 631-654.
McGarigal, K., Cushman, S. A., Neel M. C., Ene, E. (2002) FRAGSTATSv3: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical Maps. Computer Software Program Produced by the Authors at the University of Massachusetts, Amherst, Available at the Following Website: http://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html⟩.
Memon, S., Bawa, K. (1997) Application of Geographic Information Systems, Remote Sensing, and a Landscape Ecology Approach to Biodiversity Conservation in the Western Ghats, Current Science, 73 (2), pp. 134-145.
Moeinaddini, M., Khorasani, N., Danehkar, A., Darvishsefat, A. A., zienalyan, M. (2010) Siting MSW Landfill Using Weighted Linear Combination and Analytical Hierarchy Process (AHP) Methodology in GIS Environment (Case Study: Karaj), Waste Management, 30 (5), pp. 912-920.
Munsi, M., Areendran, G., Ghosh, A., Joshi, P. K. (2010) Landscape Characterisation of the Forests of Himalayan Foothills, Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 38 (3), pp. 441-452.
Munsi, M., Areendran, G., Loshi, P. K. (2012) Modeling Spatio-Temporal Change Patterns of Forest Cover: A Case Study from the Himalayan Foothills (India), Regional Environmental Change, 12 (3), pp. 619-632.
Paudel, S., Yuan, F. (2012) Assessing Landscape Changes and Dynamics Using Patch Analysis and GIS Modeling, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 16, pp. 66-76.
Pontius Jr. R. G. (2002) Statistical Methods to Partition Effects of Quantity and Location During Comparison of Categorical Maps at Multiple Resolutions, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 68 (10), pp. 1041-1049.
Pontius Jr. R. G., Boersma, W., Castella, J. C., Clarke, K., de Nijs, T., Dietzel, C., Duan, Z., Fotsing, E., Goldstein, N., Kok, K., Koomen, E., Lippitt, C. D., McConnell, W., Pijanowski, B., Pithadia, S., Sood, A. M., Sweeney, S., Trung, T. N., Veldkamp, A. T., Verburg, P. H. (2008) Comparing the Input, Output, and Validation Maps for Several Models of Land Change, Annals of Regional Science, 42 (1), pp. 11-47.
Pontius Jr. R. G., Chen, H. (2006) Land Change Modeling with GEOMOD, Clark University.
Pontius Jr. R. G., Cornell, J., Hall, C. A. S. (2001) Modeling the Spatial Pattern of Land-Use Change with GEOMOD2: Application and Validation for Costa Rica, Agriculture, Ecosystems & Environment, 85 (1-3), pp. 191-203.
Pontius Jr. R. G., Malanson, J. (2005) Comparison of the structure and accuracy of two land change models, International Journal of Geographical Information Science, 19 (2), pp. 243–265.
Pontius Jr. R. G., Neeti, N. (2010) Uncertainty in the difference between maps of future land change scenarios, Sustainability Science, 5, pp. 39–50.
Pontius, J. R. R. G. (1994) Modeling Tropical Land Use Change and Assessing Policies to Reduce Carbon Dioxide release from Africa. Graduate Program in Environmental Science, Syracuse: SUNY-ESF, 177 p.
Saaty, T. L. (1977) A Scaling Method for Priorities in Hierarchical Structures, Mathematical Psychology, 15 (3), pp. 234-281.
Sakieh, Y., Salmanmahiny, A. (2016) Performance Assessment of Geospatial Simulation Models of Land-Use Change—A Landscape Metric-Based Approach, Environmental Monitoring and Assessment, 188: 169, pp. 1-16.
Schindler, S., Poirazidis, K., Wrbka, T. (2008) Towards a Core Set of Landscape Metrics for Biodiversity Assessments: A Case Study from Dadia National Park, Greece, Ecological Indicators, 8 (5), pp. 502-514.
Schneider, L. C., Pontius Jr. R. G. (2001) Modeling Land-Use Change in the Ipswich Watershed, Massachusetts, USA, Agriculture, Ecosystems & Environment, 85 (1-3), pp. 83-94.
Soares-Filho, B. S., Goutinho Cerqueira, G., Lopes Pennachin, C. (2002) DINAMICA—a Stochastic Cellular Automata Model Designed to Simulate the Landscape Dynamics in an Amazonian Colonization Frontier, Ecological Modelling, 154 (3), pp. 217-235.
Tchir, T. L., Johnson, E. A., Miyanishi, K. (2004) A Model of Fragmentation in the Canadian Boreal Forest, Canadian Journal of Forest Research, 34 (11), pp. 2248-2262.
Tian, G., Ouyang, Y., Quan, Q., Wu, J. (2011) Simulating Spatiotemporal Dynamics of Urbanization with Multi-Agent Systems—A Case Study of the Phoenix Metropolitan Region, USA, Ecological Modelling, 222 (5), pp. 1129-1138.
Verburg, P. H., DeKoning, G. H. J., Kok, K., Veldkamp, A., Bouma, J. (1999) A Spatial Explicital Location Procedure for Modeling the Pattern of Land Use Change Based on Actual Land Use, Ecological Modelling, 116 (1), pp. 45-61.
Vliet, J. V., Bregt, A. K., Hagen-Zanker, A. (2011) Revisiting Kappa to Account for Change in the Accuracy Assessment of Land-Use Change Models, Ecological Modelling, 222 (8), pp. 1367-1375.
Wu, X., Hu, Y., He, H., Bu, R., Onsted, J., Xi, F. (2009) Performance Evaluation of the SLEUTH Model in the Shenyang Metropolitan Area of Northeastern China, Environmental Modeling and Assessment, 14 (2), pp. 221-230.