نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

• سمانه رضوی زاده

استادیار پژوهش، بخش تحقیقات بیابان، موسسه تحقیقات جنگل‏ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف
دریاچه‌ها و تالاب‌ها در مناطق خشک و نیمه‌خشک نقش مهمی در پایداری اکوسیستم‌ها، تنظیم اقلیم محلی، کنترل گردوغبار و حفظ تنوع زیستی دارند. دریاچه نمک، به‌عنوان یکی از پهنه‌های تبخیری–نمکی فلات مرکزی ایران، طی دهه‌های اخیر با کاهش محسوس مساحت و افزایش ناپایداری آبگیری روبه‌رو شده است. افت تداوم آبداری این دریاچه می‌تواند به تشدید گردوغبار و تضعیف کارکردهای اکولوژیکی منطقه منجر شود. با وجود اهمیت آن، تحلیل‌های بلندمدت مبتنی بر سری زمانی پیوسته تصاویر ماهواره‌ای محدود است. ازاین‌رو، هدف این پژوهش پایش و تحلیل تغییرات مکانی–زمانی پهنه آبگیر دریاچه نمک طی دوره ۱۹۹۵ تا ۲۰۲۴ با استفاده از تصاویر لندست و سامانه Google Earth Engine  است.
مواد و روش‌ها
در این پژوهش، از تصاویر ماهواره‌ای لندست شامل سنجنده‌های Landsat 5، Landsat 7  و Landsat 8در بازه زمانی ۱۹۹۵ تا ۲۰۲۴ استفاده شد. به‌منظور یکنواخت‌سازی داده‌ها و کاهش اثر اختلاف سنجنده‌ها، از محصولات بازتاب سطحی بهره گرفته شد و تصاویر دارای ابر و سایه ابر با استفاده از الگوریتم‌های استاندارد ماسک گردید. تمامی پردازش‌ها و تحلیل‌ها در محیط سامانه Google Earth Engine  انجام شد که امکان دسترسی به آرشیو بلندمدت تصاویر و پردازش سریع داده‌ها را فراهم می‌کند. برای استخراج پهنه‌های آبی، شاخص تفاضل نرمال‌شده آب (NDWI) با استفاده از باندهای سبز و مادون‌قرمز نزدیک برای هر تصویر محاسبه گردید. سپس با تعیین یک آستانه تجربی بر اساس مقایسه با تصاویر رنگی کاذب و تفسیر بصری، نقشه‌های باینری آب و غیرآب تولید شد. پس از آن مساحت پهنه‌های آبگیر در مقیاس‌های ماهانه، فصلی، سالانه و دهه‌ای محاسبه گردید. برای بررسی روند تغییرات پهنه آبگیر، از تحلیل سری زمانی و رگرسیون خطی استفاده شد تا جهت و شدت روند تغییرات در طول دوره مطالعه مشخص شود. همچنین به‌منظور برآورد دقیق‌تر نرخ تغییرات و کاهش تأثیر داده‌های پرت، از برآوردگر ناپارامتری شیب سن (Sen’s Slope) استفاده گردید. علاوه بر این، برای ارزیابی الگوی پایداری آبگیری دریاچه، لایه‌های Transition و Seasonality از مجموعه داده جهانی آب‌های سطحی (JRC Global Surface Water) در محیط Google Earth Engine تحلیل شدند.
نتایج
نتایج تحلیل سری زمانی تصاویر لندست نشان داد که پهنه آبگیر دریاچه نمک طی سه دهه اخیر روندی کاهشی و ناپایدار داشته است. میانگین مساحت پهنه آبگیر در دهه نخست (۲۰۰۴–۱۹۹۵) حدود ۴/۱۵۴ کیلومترمربع برآورد شد، در حالی‌ که این مقدار در دهه دوم (۲۰۱۴–۲۰۰۵) به ۱/۴۸ و در دهه سوم (۲۰۲۴–۲۰۱۵) به حدود ۱/۴۱ کیلومترمربع کاهش یافته است. در مقیاس سالانه، بیشترین سطح آبگیری در سال ۲۰۰۱ با حدود ۶/۳۸۳ کیلومترمربع و کمترین مقدار در سال ۲۰۱۴ با حدود ۱ کیلومترمربع ثبت شد که بیانگر نوسانات شدید بین‌سالی است. تحلیل روند با رگرسیون خطی کاهش معنادار مساحت پهنه آبگیر را تأیید کرد و شیب منفی خط روند نشان‌دهنده افت مستمر آبگیری طی دوره مطالعه بود. به‌طور مشابه، روش ناپارامتری شیب سن (Sen’s Slope) نیز نرخ سالانه تغییرات را منفی برآورد کرد و روند کاهش بلندمدت پهنه آبی را با دقت بیشتری نشان داد. بررسی الگوی فصلی نشان داد که بیشترین آبگیری در فصل بهار رخ می‌دهد و حدود ۱۰ درصد از سطح دریاچه در این فصل آبدار است. پس از آن فصل زمستان با حدود ۵/۴ درصد قرار دارد، در حالی‌ که تابستان و پاییز کمترین میزان آبگیری را نشان می‌دهند. در مقیاس ماهانه، بیشترین پهنه آبگیر در ماه‌های مارس، آوریل و مه مشاهده شد. نتایج لایه Transition نشان داد که حدود ۷۰/۴ درصد از پهنه دریاچه بدون تغییر بوده و حدود ۱۵/۹ درصد در کلاس «فصلی جدید» و حدود ۱۳ درصد در کلاس «فصلی» قرار دارند که بیانگر گسترش پهنه‌های آبگیری موقت است. همچنین نتایج Seasonality نشان داد که بیش از ۷۱/۱ درصد مساحت دریاچه فاقد آبداری پایدار بوده و پهنه‌های آبدار عمدتاً تنها یک تا سه ماه در سال آبگیری دارند.
نتیجه‌گیری
نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که دریاچه نمک طی سه دهه اخیر با کاهش قابل‌توجه مساحت و تداوم آبگیری مواجه بوده و روند کاهشی آن توسط تحلیل رگرسیون خطی و روش شیب سن تأیید شده است. غلبه پهنه‌های آبگیری کوتاه‌مدت و فصلی نشان‌دهنده افزایش ناپایداری هیدرولوژیکی این دریاچه است. تداوم این روند می‌تواند پیامدهای زیست‌محیطی مهمی از جمله افزایش شوری، تشدید تبخیر و گسترش کانون‌های گردوغبار را به همراه داشته باشد. استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و سامانه Google Earth Engine چارچوبی کارآمد برای پایش بلندمدت چنین پهنه‌هایی فراهم می‌کند.

کلیدواژه‌ها

• مناطق خشک
• نوسانات آبگیری
• سنجش‌ازدور
• شاخص NDWI
• آب‌های سطحی
• پایش پهنه‌های آبی

عنوان مقاله [English]

Long Term Monitoring of Inundation Dynamics in Namak Lake Using Satellite Imagery in Google Earth Engine

نویسنده [English]

• Samaneh Razavizadeh

Assistant Professor, Desert Research Division, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Terhran, Iran

چکیده [English]

Abstract
 
Background and Objectives
Lakes and wetlands in arid and semi-arid regions play a crucial role in sustaining ecosystems, regulating local climate, controlling dust storms, and preserving biodiversity. Lake Namak, as one of the major evaporitic–saline basins of the Central Iranian Plateau, has experienced a noticeable decline in surface area and increasing instability in its water coverage over recent decades. Reduced hydrological persistence in this lake can intensify dust emissions and weaken regional ecological functions. Despite its importance, long-term analyses based on continuous satellite time series remain limited. Therefore, the objective of this study is to monitor and analyze the spatiotemporal changes in the inundated area of Lake Namak during 1995–2024 using Landsat imagery and the Google Earth Engine platform.
Materials and Methods
In this study, Landsat satellite imagery from Landsat 5, Landsat 7, and Landsat 8 acquired between 1995 and 2024 was used. To harmonize data from different sensors and minimize inconsistencies, surface reflectance products were employed, and cloud and cloud-shadow pixels were masked using standard algorithms. All processing and analyses were conducted within Google Earth Engine, enabling access to a long-term satellite archive and efficient data processing. To extract water bodies, the Normalized Difference Water Index (NDWI) was calculated for each image using the green and near-infrared bands. A threshold value was then determined empirically based on comparisons with false-color composites and visual interpretation, and binary water/non-water maps were generated. Water-covered areas were subsequently calculated at monthly, seasonal, annual, and decadal scales. Trend analysis was performed using time-series assessment and linear regression to determine the direction and magnitude of changes over time. Additionally, the non-parametric Sen’s Slope estimator was applied to obtain a more robust estimate of change rates and to reduce the influence of outliers. To evaluate the stability of the lake’s inundation regime, the Transition and Seasonality layers from the JRC Global Surface Water dataset were analyzed within Google Earth Engine.
Results
Time-series analysis of Landsat imagery revealed a decreasing and unstable trend in the extent of Lake Namak’s inundated area over the past three decades. The mean inundated area in the first decade (1995–2004) was about 154.4 km², decreasing to 48.1 km² in the second decade (2005–2014) and to approximately 41.1 km² in the third decade (2015–2024). Annually, the maximum water extent occurred in 2001 (about 383.6 km²), while the minimum was recorded in 2014 (about 1 km²), indicating strong interannual variability. Trend analysis using linear regression confirmed a significant negative trend, and the negative slope highlighted continuous decline in inundation. Similarly, Sen’s Slope analysis yielded negative annual change rates, indicating a persistent long-term reduction with higher robustness. Seasonal patterns showed that spring exhibited the highest inundation, with about 10% of the lake’s surface containing water, followed by winter with about 5.4%, while summer and autumn displayed minimal inundation. Monthly analysis showed maximum inundation in March, April, and May. The Transition layer indicated that approximately 70.4% of the lake area remained unchanged, while about 15.9% fell into the “new seasonal” class and around 13% into the “seasonal” class, reflecting the expansion of temporary water bodies. Seasonality results showed that more than 71.1% of the lake surface lacked persistent inundation, with most water-covered areas present only one to three months per year.
Conclusion
The findings indicate that Lake Namak has undergone a substantial reduction in surface area and hydrological persistence over the past three decades, with both linear regression and Sen’s Slope confirming the declining trend. The dominance of short-term and seasonal inundation reflects increasing hydrological instability. Continuation of this trend may lead to major environmental consequences, including increased salinity, intensified evaporation, and expansion of dust-source areas. The use of satellite imagery and Google Earth Engine provides an effective framework for long-term monitoring of such dynamic environments.

کلیدواژه‌ها [English]

• Arid regions
• Inundation variation
• NDWI index
• Remote sensing
• Surface water monitoring
• Surface water bodies