ارزیابی دو روش بیلان انرژی در سطح خاک و استفاده از تصاویر ماهواره ای جهت برآورد میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک

Abstract

سابقه و هدف: دمای سطح خاک نقشی کلیدی در تبادل جرم و انرژی بین سطح خاک و آتمسفر ایفاء می‌کند و پارامتر ورودی مهمی برای اجرای مدل‌های برآورد بیلان‌های گرما، رطوبت و کربن در سامانه خاک - گیاه - آتمسفر و مدل‌های شبیه‌سازی وضع هوا و اقلیم در مقیاس‌های منطقه‌ای و جهانی است و تمامی مؤلفه‌های بیلان انرژی در سطح خاک را تحت تاثیر قرار می‌دهد. علی‌رغم اهمیت زیاد و کاربرد قابل توجه دمای سطح خاک، اندازه‌گیری آن فقط در ایستگاه‌های سینوپتیک و بطور ناقص (فقط دمای حداقل شبانه روزی سطح خاک) انجام می‌شود و لذا لازم است این متغیر مهم توسط روش‌هایی مناسب مورد شبیه‌سازی قرار گیرد.<br /> مواد و روش‌ها: در این پژوهش، از دو روش بیلان انرژی در سطح خاک و تصاویر ماهواره‌ای جهت برآورد میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک در ایستگاه هواشناسی کشاورزی سرارود کرمانشاه، که در آن داده‌های دمای حداکثر و دمای حداقل شبانه‌روزی سطح خاک به ثبت رسیده‌اند، در بازه زمانی 2013 تا 2014 استفاده شد. برآورد میانگین دمای شبانه‌روزی سطح خاک بر اساس تصاویر ماهواره‌ای، با مد نظر قرار دادن تصاویر سنجنده MODIS تصویربرداری شده در چهار زمان مختلف شبانه‌روز شامل 22:30 شب، 1:30 شب، 10:30 صبح و 13:30 ظهر و با استفاده از نرم‌افزار MRT صورت گرفت و جهت اجرای مدل بیلان انرژی در سطح خاک، از داده‌های هواشناسی دمای هوا، بارش، سرعت باد، طول ساعات آفتابی و رطوبت نسبی در مقیاس روزانه همراه با برخی ویژگی‌های فیزیکی خاک بعنوان ورودی‌های مدل استفاده شد و در ادامه کارایی این دو روش با بکارگیری چند شاخص‌ سنجش خطا مورد ارزیابی قرار گرفت. <br /> یافته‌ها: نتایج حاصل از بکارگیری تصاویر سنجنده MODIS نشان داد که از بین حالت‌های ترکیبی ممکن از دماهای سطح خاک در 4 زمان تصویربرداری مختلف توسط این سنجنده، محاسبه میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک بر اساس میانگین‌گیری کردن از دمای سطح خاک در سه زمان 22:30 شب، 1:30 شب و 10:30 صبح بیشترین تطابق را با داده‌های مشاهداتی میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک دارد و مقدار خطای مطلق و ضریب تعیین در این روش جهت برآورد میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک به ترتیب 1/2 درجه سانتیگراد و 93/0 بدست آمد. با بکارگیری مدل بیلان انرژی در سطح خاک جهت برآورد میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک نیز مقدار خطای مطلق، 8/1 درجه سانتیگراد و ضریب تعیین 96/0 بدست آمد. نتایج حاصل از تحلیل‌ سری‌های فصلی نشان داد که با بکارگیری مدل بیلان انرژی در سطح خاک و تصاویر ماهواره‌ای، بیشترین تطابق بین مقادیر محاسباتی و مشاهداتی به ترتیب طی فصول تابستان و زمستان رخ می‌دهد. <br /> نتیجه‌گیری: نتایج کلی این پژوهش بیان‌کننده دقت قابل قبول و مناسب هر دو روش بکار گرفته شده و توصیه روش بیلان انرژی در سطح خاک بدلیل دقت بالاتر آن است. بر این اساس این امکان وجود دارد که از روش کلی بکار گرفته شده در این پژوهش برای شبیه‌سازی دمای سطح خاک در مناطق مختلف استفاده کرد و و از میانگین شبانه‌روزی دمای سطح خاک برآوردشده برای کاربردهای مختلفی از جمله بعنوان یک متغیر ورودی در مدل‌های شبیه‌سازی دما و رطوبت در خاک استفاده کرد.