Monitoring Vegetation Change in Tozeur Oases in Southern Tunisia by Using Trend Analysis of MODIS NDVI Time Series (2000–2016)

Abstract

Oasis ecosystems are highly vulnerable to environmental changes. To determine the state of vegetation in these ecosystems, monitoring systems must be provided with data on cultivated areas. These data can be obtained in part by using satellite observation systems with high and moderate spatial resolution and high temporal repetitiveness; these systems offer a synoptic vision that makes them a particularly appropriate information source for effectively estimating such data. In this study, we describe an approach to monitor the changing dynamics of Tozeur oases in southwestern Tunisia. To this end, we used a time series decomposition method (seasonal and trend decomposition using loess) to extract the trends from a multi-year time series at the scale of a geographical point (250 m × 250 m pixel) across the MOD13Q1 time series (2000–2016) of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensor, at a 250-m spatial resolution time series. These methods were tested with the final aim of setting up an oasis monitoring system based on the analysis of time signatures obtained from MODIS images. The results showed that it was possible to identify the main types of irrigated perimeters present in the Djerid region and retrospectively trace their recent development history.

RÉSUMÉ

Les écosystèmes des oasis sont très vulnérables aux changements environnementaux. Pour connaître l'état de la végétation dans ces oasis, des systèmes de surveillance de ces écosystèmes oasiens devraient être mis au point et renseignés régulièrement par des données prises sur ces surfaces cultivées. Ces données peuvent être obtenues en partie par les systèmes d’observations satellitaires à haute et à moyenne résolution spatiale, et forte répétitivité temporelle, qui par leur vision synoptique, constituent une source d’informations particulièrement adéquate. Ce travail porte sur une approche permettant de suivre l'évolution de la dynamique des oasis de Tozeur dans le sud-ouest de la Tunisie. Pour atteindre cet objectif, nous utilisons la méthode de décomposition des séries temporelles d’un signal pour extraire les tendances d'une série d’images pluriannuelle à l’échelle d’un point géographique (un pixel de 250mx250m) à travers la série temporelle MOD13Q1 de 2000 à 2016 du capteur MODIS, à une résolution spatiale de 250 m de la série temporelle. Ces méthodes ont été testées dans le but final de mettre en place un système de surveillance des oasis basé sur l'analyse des signatures temporelles à partir des images MODIS. Les résultats ont permis de montrer qu’il est possible d’identifier les principaux types de périmètres irrigués présents dans la région de Djérid, et retrouver rétrospectivement l’histoire récente de leur développement.

Acknowledgments

The authors would like to thank the National Aeronautics and Space Administration (NASA) for providing the MODIS data, assistants working in the Arid Regions Institute (IRA; Institut des Régions Arides) in Medenine for their help during the field work, Regional Agricultural Development Services (CRDA; Commissariat Régional du Développement Agricole) in Tozeur, Tunisian Ministry of Agriculture, and French Institute of Research for Development (IRD; Institut de Recherche pour le Développement) for their support. We also thank the three reviewers and the associate editor for their helpful and insightful comments, which greatly improved the manuscript.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This research is a part of the Franco-Tunisian PHC UTIQUE project [CMCU 15G1107, Campus 32851TG], which is financially supported by the Ministry for Europe and Foreign Affairs (MEAE; Ministère de l'Europe et des Affaires Etrangères), the French Ministry of Higher Education, Research and Innovation (MESRI; Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche et de l’Innovation) and Tunisian Ministry of Higher Education and Scientific Research (MESRS; Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique).