Environmental Erosion Research

fa بررسی عوامل محیطی موثر بر عمق نوری ریزگردها در استان سمنان Investigation of environmental factors affecting the optical depth of fine dust in Semnan Province تحلیل فضایی عوامل فرساینده، و استخراج الگوهای پراکندگی و انتشار فرسایش مستخرج از پایان‌نامه / رساله / طرح پژوهشی مقدار ریزگردها به شرایط محیطی و فعالیت‌های انسانی وابسته است و تأثیر مستقیمی بر چرخه انرژی، تغییرات اقلیمی، توسعه اقتصادی و سلامت انسان دارد . عمق نوری ریزگرد به عنوان یکی از خصوصیاتی که به منظور بررسی وضعیت ریزگردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد. لذا این مطالعه با هدف بررسی ارتباط بین  ویژگی‌های پوشش گیاهی، اقلیم، خاک و عمق نوری ریزگرد در فاصله سال‌های 2003 تا 2023  در استان سمنان انجام شد، زیرا داده‌های MODIS برای NDVI و AOD از سال ۲۰۰۳ در دسترس بوده و این بازه ۲۰ ساله امکان بررسی تغییرات بلندمدت ریزگردها و عوامل محیطی را فراهم می‌کند.  اطلاعات آماری مورد نیاز از نقشه‌های شاخص گیاهی تفاوت نرمال شده (NDVI) و عمق نوری ریزگرد (AOD) در سامانه گوگل ارث انجین، با بهره گیری از محصولات تولید شده توسط سنجنده MODIS بترتیب  با کد محصول  MOD13Q1و MYD04  تولید شد. اطلاعات مورد نیاز از نقشه رطوبت خاک با استفاده از داده‌های  پایگاه داده ERA5 تهیه شد. همچنین داده‌های اقلیمی شامل دما، بارش، تبخیر، تعرق، سرعت باد از ایستگاه‌های سینوپتیک جمع آوری و شاخص استاندارد بارش ارزیابی شد.  برای ارزیابی همبستگی  بین پارامترهای مذکور و AOD از آزمون همبستگی پیرسون استفاده شد، نتایج نشان داد میانگین AOD در ماه‌های خشک سال (می تا آگوست) برابر 26/1 بوده و روندی نوسانی اما افزایشی طی دوره مطالعه داشته است، به‌طوری‌که بیشترین مقدار آن (3) در سال 2023 و کمترین مقدار (23/0) در سال 2013 ثبت شد. شاخص NDVI در ماه‌های خشک روند کاهشی نشان داد و از 28/0 در سال 2003 به 10/0 در سال 2015 رسید. میانگین رطوبت خاک نیز 17/0 مترمکعب بر مترمکعب برآورد شد که کاهش آن در سال‌های اخیر مشهود است. نتایج همبستگی پیرسون بیانگر وجود رابطه معکوس و قوی بین AOD و NDVI (87/0-) و رطوبت خاک (73/0-) و همچنین رابطه مستقیم با دمای حداکثر (67/0) و سرعت باد (64/0) بود. ضرایب تعیین نیز نشان داد پوشش گیاهی و رطوبت خاک مهم‌ترین عوامل کنترل‌کننده تغییرات AOD در منطقه هستند. به طور کلی کاهش پوشش گیاهی و افت رطوبت خاک مهم‌ترین عوامل تشدید پدیده گردوغبار در استان سمنان طی دو دهه اخیر بوده‌اند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که مدیریت پوشش گیاهی، احیای اراضی تخریب‌شده و بهبود وضعیت رطوبتی خاک، مؤثرترین راهکارهای کاهش شدت گردوغبار در مناطق خشک و نیمه‌خشک نظیر استان سمنان محسوب می‌شوند.   1- Introduction Aerosols, originating from both natural and anthropogenic sources, exert a profound influence on the Earth’s energy balance, climate dynamics, economic development, and public health. In recent decades, shifts in temperature and precipitation regimes, declining vegetation cover, and accelerating urbanization—coupled with rising living standards—have significantly altered aerosol concentrations. These airborne particles not only scatter solar radiation but also modulate cloud microphysics, thereby contributing to climate change at both global and regional scales. Understanding the spatial and temporal variability of aerosols is essential for developing effective environmental and public health policies, especially in vulnerable arid regions. 2- Methodology Semnan Province, covering approximately 98,000 km² between 51°56′–57°58′ E and 34°13′–37°20′ N, was selected as the study area due to its climatic diversity and susceptibility to dust events. Climatic parameters—including precipitation, temperature, wind speed, and evapotranspiration—were analyzed using data from five synoptic stations spanning 2003 to 2023. Monthly evapotranspiration was estimated via the Torrent-White method, based on mean monthly temperatures. Vegetation dynamics were assessed using the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), derived from MODIS MOD13Q1 imagery at 250-meter resolution via Google Earth Engine. Aerosol concentrations were quantified using the Aerosol Optical Depth (AOD) index from MODIS MYD04 data, focusing on months with elevated dust activity. Soil moisture trends were extracted from the GLEAM global database incorporating ERA5 reanalysis data. Wind patterns were visualized using WRPOLT v8.0.2 software to generate wind rose diagrams. Drought conditions were evaluated using the Standardized Precipitation Index (SPI) across 1–48 month intervals. Pearson’s correlation coefficient was applied to identify key climatic and environmental drivers of AOD variability. 3- Results Meteorological analysis revealed that Semnan Province experiences extreme temperature fluctuations, with annual maxima reaching 44.62°C and minima dropping to -13.09°C. Average annual precipitation is approximately 119.78 mm, while evapotranspiration exceeds 1095.57 mm. Windrose analysis indicates a dominant wind flow from northeast to southwest, with an average speed of 6.25 knots. Relative humidity averages 41.11%. The mean AOD value of 1.26 suggests persistent dust presence, while the NDVI average of 0.31 reflects sparse vegetation cover. SPI analysis classifies the region under “normal drought” conditions (SPI = 0.59). Soil moisture, averaging 0.17 mm annually, shows a declining trend over the study period. Strong negative correlations were observed between AOD and both NDVI (-0.87) and soil moisture (-0.73), indicating that reduced vegetation and drier soils significantly contribute to increased aerosol concentrations. 4- Discussion and Conclusions Dust storms pose a recurring challenge in arid and semi-arid regions, with Semnan Province being particularly vulnerable due to its climatic and ecological characteristics. The study highlights a clear upward trend in AOD levels over the past two decades, driven primarily by declining vegetation density and soil moisture. Spatial analysis reveals that southeastern and southwestern zones with minimal vegetation exhibit the highest AOD values. The findings underscore the critical role of NDVI and soil moisture as indicators of dust susceptibility. Wind speed further amplifies dust dispersion, making it a key secondary factor. While this study emphasizes vegetation and hydrological variables, comparative research suggests that other parameters—such as vapor pressure and maximum temperature—may exert stronger influence in different geographic contexts. Overall, the integration of remote sensing data, meteorological records, and statistical analysis provides a robust framework for understanding aerosol dynamics in Semnan Province. These insights can inform targeted mitigation strategies, such as vegetation restoration and land management, to reduce dust-related risks and enhance regional climate resilience.   همبستگی, ریزگرد, اقلیم, پوشش گیاهی, خاک, سنجش از دور Correlation, Aerosol, climate, vegetation, soil, remote sensing 88 113 http://magazine.hormozgan.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-216-5&slc_lang=fa&sid=1 Ali Khaleghi علی خالقی alikhaleghi8975@semnan.ac.ir 100319475328460010136 100319475328460010136 No Desertification Department, Desert Studies Faculty, Semnan University, Semnan, Iran گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان Shima Nikoo شیما نیکو shimanikoo@semnan.ac.ir 100319475328460010137 100319475328460010137 Yes Desertification Department, Desert Studies Faculty, Semnan University, Semnan, Iran گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان Hassan Khosravi حسن خسروی hakhosravi@ut.ac.ir 100319475328460010138 100319475328460010138 No Department of Reclamation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Tehran, Iran گروه احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران Ali Asghar Zolfaghari علی اصغر ذوالفقاری azolfaghari@semnan.ac.ir 100319475328460010139 100319475328460010139 No Desertification Department, Desert Studies Faculty, Semnan University, Semnan, Iran گروه بیابانزدایی، دانشکده کویرشناسی، دانشگاه سمنان، سمنان