تحليل الخصائص المساحية للأمطار، وعلاقته بمعامل الاختلاف الخضري الطبيعي في منخفض الجفر باستخدام نظم المعلومات الجغرافية خلال الفترة 1939-2007
*يسرى الحسبان
الملخص:
يتناول هذا البحث بالدراسة والتحليل الخصائص المطرية المساحية السنوية، والشهرية في منخفض الجفر، خلال الفترة الزمنية (1939-2007) وهي البيانات المطرية المكتملة لمنطقة الدراسة؛ لتقدير وحساب التوزع المكاني للأمطار، والتغيرات المساحية التي تعرضت للجفاف على حساب المناطق الرطبة ؛ اعتماداً على برنامج نظم المعلومات الجغرافية Geographic information system(GIS) V.10.3 ،وأدوات التحليل المكاني Spatial analyst tools لانتاج الخرائط المطرية المساحيةSpatial interpolation ، إضافة إلى تحليل معامل الاختلافات الخضرية الطبيعي(NDVI) Normalized Differences Vegetation Index وعلاقته بالتوزع الجغرافي المساحي للأمطار ؛ اعتماداً على تحليل غطاءين من المرئيات الفضائية نوع landsat باستخدام برنامج ENVI، وجاءت أبرز نتائج الدراسة كما يلي:
1. اختلاف خصائص التوزع الجغرافي المساحي للأمطار السنوية من سنة لإخرى، مع زيادة في مساحة المناطق الأقل مطراً بنسبة وصلت إلى 3%خلال فترة الدراسة
2. اختلاف وتباين كبير في التوزع الجغرافي المساحي لمعدلات الأمطار الشهرية ، ومجموع كمية الأمطار فقد احتل شهر آذار المرتبة الأولى وشهر نيسان المرتبة الأخيرة .
3. وفيما يتعلق بالتغيرات التي طرأت على خصائص الغطاء النباتي الطبيعي فقد زادت مساحة وكثافة الغطاء النباتي بنسبة محدودة جداً وصلت0.12% ، ولكن هذه الزيادة تعود لانتشار نمط الزراعة المروية ، ودليل ذلك بلغت قيمة معامل الاختلاف الخضري إلى 1صحيح وهي القيمة العظمى، وبذات الوقت انخفضت القيمة الدنيا لمعامل الاختلاف الخضري مما يشير إلى زيادة درجة القحولة في كافة منطقة الدراسة.
الكلمات المفتاحية: الأمطار المساحية، الاختلاف الخضري الطبيعي، منخفض الجفر.
Analysis of Spatial distribution of Rainfall and Normalized Differences Vegetation Index in Al_Jafer depression using geographic information system (GIS) and ENVI during 1939-2007
Yusra Alhusban*
Abstract:
The main objective of this research is to monitor the spatial distribution of yearly and monthly Rainfall, Geographic information system (GIS) was used to generate spatial interpolation maps, and analyze rainfall records between 1939 – 2007 for 3 metrological stations.in addition to apply and Normalized Differences Vegetation Index (NDVI) in Al_Jafer depression. The main results as following:
1. Al_Jafer depression is currently suffering from generic drought conditions of different magnitude; the drought percentage reached an equal 47.7% for all areas (parts) of the river, with a record of complete drought lasting for 5 years.
2. The Al_Jafer depression complete drought (mentioned above) attained 16.2% of the study timeline.
3. With respect to the changes that have occurred in the areal distribution of rainfall, the most prominent results decreased in wetland area of the basin during the study period by 0.8%
Key words: Rainfall; Spatial analysis, Al-Jafer depression (NDVI) GIS.
1. المقدمة والدراسات السابقة
توفر برمجيات نظم المعلومات الجغرافية طرائق متعددة لتحليل البيانات الجغرافية بشكل عام، ومنها البيانات المناخية (Burrough,1986) والدراسات التي اعتمدت على أسلوب التحليل المساحي المكاني لكميات الأمطار Spatial interpolation ، وحساب اتجاهات التغير المساحي (زيادة/تناقصاً) خلال فترة زمنية محددة لتقدير فيما إذا كانت منطقة الدراسة تعاني من زيادة مساحات المناطق الأقل مطراً على حساب المناطق الرطبة وشبه الرطبة ومن هذه الدراسات: (Childs,2004:Sluiter,2009; Matador and Dixon,2007;Ball,1998: Mitas, and Mitasvo,2011; Michael,et al,2015) .
كما أن دراسة خصائص الغطاء النباتي الطبيعي مساحة وكثافة لتحليل ومراقبة حالة الغطاء النباتي يعد مؤشراً على الخصائص المناخية بشكل مباشر؛لذلك فقد تم استخدام دليل الاختلافات الخضري الطبيعي
سواء في مراقبة والذي شاع استخدامه في العديد من الدراسات Normalized Differences Vegetation Index ) الغطاء النباتي من حيث المساحة والكثافة لتحديد الاتجاه العام لحالة الغطاء النباتي وأثر التغيرات المناخية NDVI( وحالات الجفاف ، وتدهور حالة المراعي ومن هذه الدراسات:
Genesis T. Y, et al,2014; Meneses-Tovar,2011; Al-Bakri,2015) (Govaerts, and Verhulst, 2010;
2. مصادر البيانات والمنهجية:
1. اعتمدت الدراسة على البيانات المُناخية لمحطّات البحث خلال الفترة 1984-2015 كسنوات مطرية، وهذه أقدم البيانات الشهرية المكتملة لمحطات البحث، وتم الحصول عليها من وزارة المياه والري الأردنية.
2.كما استخدم برنامج نظم المعلومات الجغرافية ArcGIS.V.10.1 لانتاج الخرائط المطرية المساحية؛ وتحديداً أدوات التحليل المكاني Spatial analyst tools لانتاج خرائط رقمية مساحية للسنوات المطرية المختلفة لتحديد أنماط التغير المساحي التي أصابت التوزع الجغرافي للأمطار، ومن ثم حساب المساحات التي تعرضت للتغير سواء أكان هذا التغير ايجابياً أي زيادة مساحة المناطق الرطبة أو سلبياً أي زيادة مساحة المناطق الجافة، وتستخدم مجموعة من التقنيات لانتاج الخرائط ذات الامتداد المساحي، واستخدم منها Inverse Distance Weighting (IDW). بإعتبارها الأكثر مناسبة لهذا النوع من البيانات النقطية (Sluliter ,2009: (Buishand,et al,2008) من خلال تطبيق المعادلة التالية:
علماً بإن: Zi = قيمة النقطة المعروفة
Dij=المسافة من النقطة المعروفة
Zi=النقطة غير المعروفة
N=عدد النقاط التي يجددها الباحث
3. تم تحليل غطائين من الصور الفضائية نوع لاندسات لشهر نيسان لعامي 1989و 2016 لتحليل معامل الاختلاف الخضري الطبيعي، اعتماداً على نظم المعلومات الجغرافية ArcGIS.V.10.2 ومن خلال توظيف Raster Caculator لتطبيق المعادلة التالية :
NDVI= (NIR-RED) / (NIR+RED)
NIR= قيمة الانعكاس الطيفي للأشعة تحت الحمراء
RED= قيمة الانعكاس الطيفي للأشعة الحمراء
جدول (2) خصائص المحطات المناخية.
المحطة /الشهر/كمية الأمطار
|
الأرتفاع (م)
|
الدائرة
العرضية
|
تشرين أول
|
تشرين ثاني
|
كانون أول
|
كانون ثاني
|
شباط
|
آذار
|
نيسان
|
أيار
|
المجموع
|
معان
|
800
|
222
|
281.8
|
441.3
|
481.1
|
530.6
|
535.5
|
236.2
|
2728.5
|
5457
|
|
الجفر
|
698
|
153
|
173.9
|
197.4
|
245.7
|
139
|
205.7
|
119.3
|
1234
|
2468
|
|
الشوبك
|
1712
|
375
|
455.7
|
638.7
|
726.8
|
669.6
|
741.2
|
355.5
|
3962.5
|
7925
|
|
المجموع
|
750
|
911.4
|
1277.4
|
1453.6
|
1339.2
|
1482.4
|
711
|
7925
|
2.1 فرضيات الدراسة
1.تباين مساحي في كميات الأمطار
2. تناقص وانكماش لمساحة المناطق الأكثر مطراً لصالح المناطق الجافة.
3. تناقص فس مساحة وكثافة الغطاء النباتي الطبيعي
2.2 أهداف الدراسة وأهميتها :.
تكمن أهمية هذه الدراسة في حساب المساحات المطرية، وتوزعها الجغرافية ، والتغيرات التي طرأت عليها خلال فترة الدراسة من خلال توظيف منهجية التحليل الآلي لانتاج الخرائط المساحية ، وحساب مساحات التغير السلبي أو الايجابي اعتماداً على نظم المعلومات الجغرافية ، إضافة لتحليل مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي.
3. منطقة الدراسة :
يقع منخفض الجفر في محافظة معان بمساحة قدرها 12400كم² ويحتل 37.4% من مساحة المحافظة ، وتتراوح ارتفاعاته ما بين 698م في القاع الذي يشغل مساحة قدرها 56% من المساح الكلية للمنخفض في حين ترتفع أجزائه الغربية إلى 1734م، بمعدل ارتفاع مقداره 1232م ، ويعد مستوى الأساس المحلى والنهائي لكافة الشبكات المائية القادمة من الاتجاهات الثلاثة الرئيسية الشمالية والغربية والشرقية،وتتباين معدلات الأمطار من مكان لآخر فمن 150-250 ملم في الغرب ممثلة بمرتفاعات الشوبك التي ساهمت بحوالي 50% من كميات الأمطار الكلية، إلى أقل من 50 ملم في الشرق والجنوب حيث يتوغل في صوب الصحراء ، ويبعد عن مسالك المنخفضات الجوية ، كما أن الطبوغرافية العامة للمنخفض جعلته منطقة متطرفة مناخياً إذ بلغ مجموع كمية الأمطار خلال فترة الدراسة 15850 ملم فقط. ؛(Wilhite, 2000 ) . Hyper arid land كما تأثرت الخصائص الطبيعية لمنخفض الجفر بالعوامل التكتونية المتمثله بالصدوع ومنها: الصدوع العمودية باتجاه شمال-غرب كصدع الكرك الذي يمتد لمسافة 300كم من الكرك إلى الحدود السعودية،وصدع المدورة الذي يقطع الجزء الجنوبي الغربي،إضافة للصدوع الممتدة باتجاه غرب-شرق ومنها صدع سلوان والذي يقطع الجزء الشمالي، كما يتأثر المنخفض بالصدوع الممتدة باتجاه شمال-جنوب ومنها صدع )Bander,1974) عرجا- العوينة الذي يمتد من جبل بترا باتجاه الحدود السعودية
شكل (1) موقع منطقة الدراسة.
4. النتائج والتحليل:
نتائج تحليل الخرائط المطرية المساحية ما يلي:
وفيما يتعلق بنتائج التحليل المكاني والخرائط المطرية المساحية فقد كان الهدف الأساس لاستخدام هذه التقنية حساب وتقدير الاختلافات المساحية لكميات الأمطار خلال فترة الدراسة حيث تم انتاج خارطة مطرية مساحية لكل سنة من سنوات الدراسة ، وقد تم اختيار مجموعة من تلك الخرائط الأشكال (2-7) بهدف دراسة التغيرات التي طرأت على منطقة الدراسة سلباً أو ايجاباً وذلك للمجموع الكلي لكميات الأمطار الشهرية والسنوية، وفيما يلي النتائج:
4.2.1 نتائج تحليل مجموع كميات الأمطار خلال فترة الدراسة لكافة المحطات:
كما يتضح من الشكل (2) ، والجدول (2) فقد تم تصنيف كميات الأمطار إلى أربعة اصناف، وقد تميز الصنفان الأول والثاني بتدني شديد لكميات الأمطار والتي تغطي الجزء الأعظم من منطقة الدراسة 82% وتحديداً منطقة القاع، والأجزاء الشرقية والجنوبية حيث بلغت كميات الأمطار السنوية أقل من 100ملم لكلتا الفئتين ، مما يعني أن المنطقة شديدة القحولة، أما الجزء الجاف فبلغت نسبته 12%، في حين أن في المناطق شبه الرطبة مثلت ما نسبته 6% من مساحة منطقة الدراسة ممثلة بمرتفعات الشوبك.
شكل (2) الخرطة المطرية المساحية لكافة المحطات خلال فترة الدراسة.
4.2.2 نتائج تحليل مجموع كميات الأمطار السنوية :
1.يتضح من الأشكال (3-7 ) أن مساحة المنطقة شديدة الجفاف تباينت بشكل كبير خلال سنوات الدراسة بالشكل التالي: فخلال الفترة الاولى 1940-1939) والثانية ( 1950-1949) تناقصت كميات الأمطار للفئة الأولى مقارنة بالمجموع الكلي للأمطار شكل (2)، وزادت مساحة الفئة المطرية الثانية بنسبة 1%، كما تناقصت مساحة الفئة المطرية الرابعة بنسبة 1%، مما يؤشر لزيادة مساحة المناطق الأقل مطراً والاتجاه نحو التطرف الشديد في الجفاف.
2. وأما ما يتعلق بالتغيرات المطرية المساحية ما بين الفترة الثالثة (1959-1960) والرابعة (1969-1970) فقد شكلت الفئة الأقل مطراً 84ملم حوالي 75% من مساحة منطقة الدراسة وارتفعت إلى 88% للفترة الرابعة بكمية أمطار سنوية لم تتجاوز 73ملم، كما انكمشت مساحة المنطقة الأكثر مطراً من 6%-3%،
3. وأما التغيرات المطرية المساحية التي أصابت منطقة الدراسة ما بين الفترة الخامسة (1979-1980) والفترة السادسة (1989-1990) فقد زادت مساحة المناطق الأقل مطراً للفئتين الأولى والثانية وبلغت نسبتها 90% للفترة الخامسة و86% للفترة السادسة، مع زيادة قدرها 1% للمناطق الأكثر مطراً للفترة السادسة مقارنة بالفترة الخامسة.
4. وأخيراً التغيرات المساحية التي أصابت كميات الأمطار للفترة السابعة (1991-1992) والثامنة (2006-2007) فقد تناقصت المساحات الأكثر مطراً بنسبة 1% للفترة السابعة عنها في الفترة الثامنة.
5. يلاحظ من الجدول (2 ) أن مساحة المنطقة الأقل مطراً تمثل المساحة الأكبر في كافة المراحل مع تذبذباً زيادة أو تناقصاً بين الفترات وهذا شأن المناطق القارية.
6. أما ما يتعلق بالمناطق الأكثر رطوبة فقد تذبذبت خلال فترة الدراسة من 6% للفترة الزمنية الكلية إلى 5% ،7%،6%،3%،4%،5%،3% للفترات الزمنية المختارة على التوالي مما يشير وينذر بإن الاتجاه العام للتوزع المساحي للأمطار يأخذ اتجاهاً عاماً صاعداً .
7. المفارقات البينة في كميات الأمطار السنوية خلال فترة الدراسة شكل (8 ) ، مما يعني قبول فرضيتي الدراسة الأولى والثانية،وهذا شأن المناطق الجافة.
جدول (2) نتائج تحليل الخرائط المساحية المطرية للسنوات المختارة
النسبة المئوية (%)
|
توزع كميات الأمطار خلال فترة الدراسة
(1939-2007 ) الفئات المطرية (ملم)
|
50
|
32-52
|
32
|
52-89
|
12
|
89-159
|
6
|
159-243
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة الأولى (1939-1940)/الفئات المطرية (ملم)
|
24
|
0.003-48
|
60
|
48-106
|
9
|
106-210
|
5
|
210-334
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة
الثانية (1949-1950)/ الفئات المطرية (ملم)
|
21
|
0.004-51
|
62
|
51-96
|
11
|
96-172
|
7
|
172-266
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة
االثالثة (1959-1960) /الفئات المطرية (ملم)
|
75
|
0.003-84
|
13
|
84-165
|
8
|
165-268
|
6
|
268-383
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة
الرابعة (1970-1969 )/ الفئات المطرية (ملم)
|
88
|
10-73
|
6
|
73-131
|
2.9
|
131-207
|
3
|
207-294
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة الخامسة (1979-1980)/الفئات المطرية (ملم)
|
78
|
50-79
|
12
|
79-109
|
6
|
109-146
|
4
|
146-188
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة السادسة
(1989-1990)/ الفئات المطرية
(ملم)
|
75
|
27-98
|
11
|
98-172
|
9
|
172-265
|
5
|
265-370
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة
االسابعة (1992-1991) /الفئات المطرية (ملم)
|
76
|
10-82
|
13
|
82-153
|
7
|
153-244
|
4
|
244-346
|
النسبة المئوية (%)
|
الفترة
االثامنة (2007-2006 )/ الفئات المطرية (ملم)
|
74
|
22-68
|
14
|
68-116
|
9
|
116-176
|
3
|
176-242
|
شكل ( 3) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1939-1940
شكل (4 ) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1949-1950
شكل (5 ) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1959-1960
شكل (5 ) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1970-1969
شكل (6) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1979-1980
شكل (7) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1989-1990
شكل (7) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 1991-1992
شكل (7) التوزع المساحي لكميات الأمطار خلال للسنة المطرية 2006-2007
شكل (8 ) كميات الأمطار السنوية خلال فترة الدراسة
4.2.3 نتائج تحليل مجموع كميات الأمطار الشهرية
تسقط الأمطار في منطقة الدراسة كما الأردن بشكل عام خلال الأشهر الممتدة ما بين شهري تشرين أول إلى أيار مع تباين كبير في كميات الأمطار الهاطلة لهذه الأشهر فقد تباينت في منطقة الدراسة من أكثر الشهور من حيث كمية الأمطار لشهر آذار إذ بلغت1482.4 ملم ، في حين أن أدني كمية للهطول كاني لشهر نيسان إذ بلغت كمية الأمطار 711ملم ، وقد تم انتاج خرائط مساحية للأشهر المطرية والتي تظهر المفارقات الكبيرة في كميات الأمطار المساحية ، الشكلين (9-10)
شكل ( 9 ) التوزع المساحي لكميات الأمطار الكلية لشهري كانون ثان وشباط خلال فترة الدراسة
شكل (10) التوزع المساحي لكميات الأمطار الكلية لأشهر (آذار، نيسان،تشرين ثان، كانون أول) خلال فترة الدراسة
نتائج تحليل معامل الاختلافت الخضرية الطبيعي.4.2.4
تم تحليل مرئيتين فضائيتين لمنطقة الدراسة من نوع لاندسات لعامي 1989و 2016 لتحليل مدى التغير الذي طرأ على مساحة وكثافة الغطاء النباتي الطبيعي ، تتراوح قيم معامل الاختلافات الخضرية الطبيعي ما بين +1إلى -1 ، وفي منطقة الدراسة ارتفعت القيمة العليا لمعامل الاختلافات الخضرية وبلغت واحداً صحيحاً لعام 2016 بزيادة قدرها 0.7عما كانت عليه عام 1989 في حين تناقصت -0.1 القيمة بمقدار الدنيا لمعامل الاختلافات الخضري الطبيعي
وأما ما يتعلق بطبيعة التوزع الجغرافي للغطاء النباتي الطبيعي فليس له علاقة بمصادر المياه السطحية ( الشبكة المائية) فتى أسرة الأودية وضفافها خالية من الغطاء النباتي؛ بل مرتبط بالاعتماد على المياه الجوفية ،
جدول (3) القيم العليا والدلنيا لمعامل الاختلافت الخضرية الطبيعي.
القيمة الدنيا
|
القيمة العليا
|
الشهر
|
السنة
|
-0.183857
|
0.270936
|
نيسان
|
1984
|
-0. 279257
|
1.000
|
نيسان
|
2016
|
شكل ( 11) تحليل معامل الاختلافت الخضرية الطبيعي
5. النتائج والتوصيات:
1. يعاني منخفض الجفر من انتشار ظاهرة الجفاف، والقحط باعتبارة يمثل جزءاً من أكثر المناطق الجافة قارية وتطرفاً .
2. تبلغ مساحة المنطقة المزورعة في منطقة الدراسة حوالي 1كم ، وهذه تمثل استنزاف لموارد المائية باعتبارها العنصر والمقوم الطبيعي الأوحد المنظور في هذه المنطقة مما لا يحقق التنمية المستدامة .
3. زيادة مساحة المناطق الأقل مطراً ( المتطرفة ) الأشكال (2-7) وجدول (2)
4.تصنف المنطقة وفقاً لمعامل الاختلافات الخضري الطبيعي بأنها خالية من الغطاء النباتي مما يهدد كافة مظاهر الحياة الاقتصادية خصوصاً الرعوية.
References:
. Ball, J. E. and Luk, K. C.1998, “Modeling Spatial Variability of Rainfall Over a Catchment”. Journal of Hydrological Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 3, No. 2.
. Matador, Dixon, B.,2007, Spatial Interpolation of Rainfall Data Using ArcGIS: A Comparative Study,2007, Julie Earls:
. Sluiter, R., 2008, Intern rapport; IR 2009-04, Interpolation methods for climate data. Literature review KNMI, R&D Information and Observation Technology De Bilt, 19 November 2008, Version 1.0, pp1-23.
..Mitas,L., and Mitasova, H., ,Spatial interpolation,chapter 34, p482
.Wilhite, D.A. 2000, Drought as a natural hazard: concepts and definitions, in Drought: A Global Assessment, edited by D.A. Wilhite, London (UK) / New York (USA),Routledge, PP. 3-18.
.Childs., 2004, Interpolating surface in Arc GIS ,Spatial analyst,Arcuser,Isri,p32-35
- Sluiter ,R.,Intern rapport ; IR 2009-04 Interpolation methods for climate data literature review,p1-28
.Buishand, , T.A.,. Beersma, J.J., R. Sluiter & T. Kroon (2008). Definitiestudie rasterdata meteorologie. De Bilt, KNMI / RWS Waterdienst, 2008.
-Michael J de Smith,Michael F Goodchild,Paul A Longley, 2007-2015 All Rights reserved. Fifth Edition. Issue version: 1 (2015) Geospatial Analysis A Comprehensive Guide to Principles, Techniques and Software Tools,Published by The Winchelsea Press, Winchelsea, UK,p1-60.
.Genesis T. Yengoh1, David Dent, Lennart Olsson, Anna E. Tengberg , & Compton J. Tucker ,2014,The use of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) to assess land degradation at multiple scales: a review of the current status, future trends, and practical considerations, 2014, Lund University Centre for Sustainability Studies – LUCSUS P1-80.
. Govaerts,,B., and Verhulst,N., 2010The normalized difference vegetation index (NDVI) GreenSeekerTM handheld sensor: Toward the integrated evaluation of crop management Part A: Concepts and case studies, www.cimmyt.org,p1-16.
. Mitas ,L., and Mitasova ,H., Spatial interpolation, chapter 34,P481-492.
.GIS Modeling ,Class (Block) 8: Spatial Estimation,-Interpolation Techniques-Geography 4203 / 5203,
. Earls,J.,and Dixon,B., 2007,Spatial Interpolation of Rainfall Data Using ,ArcGIS: A Comparative Study,P1-10
.Burrough, P.A. "Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment". New York: Oxford University Press. 1986.
ESRI, ArcGIS 10.2 Help.
تحميل من هنا
____________________
* أستاذ مشارك، قسم الجغرافيا الجامعة الأردنية، عمان
* Associated professor, Department of Geography, Faculty of Arts, the University of Jordan, Amman,Jordan.y.alhusban@ju.edu.jo
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق