مدل‌سازی سطوح مختلف رطوبت خاک سطحی در گستره‌ی داده‌های حرارتی و انعکاسی

Abstract

رطوبت خاک یکی از مهم‌ترین متغیرهای محیطی است و شناخت تغییرات مکانی و زمانی آن، بینش ارزشمندی را در مطالعۀ مراحل مختلف هیدرولوژیکی و مدل‌های آب و هوایی به همراه دارد. هدف از پژوهش، دسترسی به پایگاه‌های دور یا بیرون از دستِ رطوبت خاک در مناطق خشک و نیمه‌خشک است. داده‌های ماهواره‌ای لندست8 در منطقه‌ی خشک و نیمه‌خشکی از استان خراسان رضوی تهیه و پس از آماده‌سازی و پیش‌پردازش، به همراه مقادیر محاسبه‌شده‌ی چندین نمایه‌ی طیفی، تجزیه‌ی مؤلفه‌های اصلی و تبدیل داده‌ی تسلدکپ، به‌عنوان متغیرهای پیش‌بینی کننده، مورداستفاده قرار گرفتند. به روشِ آمار مکانی شاخص مورانز توأم با شاخص خوشه‌بندی حداقل- حداکثر، همبستگی جغرافیایی داده‌ها بررسی شد. همبسته‌ترین متغیرها نیز به روش رگرسیون اکتشافی و روش همبستگی دومتغیره، با محاسبه‌ی عامل تورم واریانس، ضریب پیرسون و ضریب تعیین، در سه سطحِ رطوبتیِ مساوی یا بیشتر از 5%، 4 تا 5 درصد و مساوی یا کمتر از 4%، مشخص شدند. پی‌ریزی توابعِ تخمین رطوبت سطحی خاک نیز، با هفت روشِ رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR)، رگرسیون‌چندگانه‌یِ گام‌به‌گام، رگرسیون‌چندگانه‌یِ پس حذف‌رو، رگرسیون‌چندگانه‌یِ پیشرو، رگرسیون‌چندگانه‌یِ وارد شونده، رگرسیون‌چندگانه‌یِ عزل و آزمونِ اعتبار متقاطعِ درختی (M5P) انجام گرفت. 188 نمونه خاک هم‌زمان با گذر ماهواره از منطقه برداشت و 25 درصدِ آن‌ها با انتخاب تصادفی، در مرحله اعتبارسنجی استفاده شدند. بررسی دقت توابع و معرفی دقیق‌ترین مدل‌ها، با محاسبه‌ی 5 معیارخطاسنجی انجام شد که نتایج حاصل از مقایسه‌ی آماره‌های خطاسنجی در گام نهایی، به معرفی سه مدل برای سه سطح رطوبتیِ موردنظر ختم گردید. نتایج نشان دادند که تصاویر ماهواره، توانایی مناسبی برای تخمین رطوبت سطحی خاک‌دارند و مدل‌های معرفی‌شده، از ضریب همبستگیِ مناسبِ بیشتر از 5/0 (504/0 تا 618/0) برخوردارند. نتایج اعتبارسنجی مدل نیز نشان داد که روش تحقیق از دقت مناسبی (425/1 تا 585/0 RMSE=، و خطای نسبیِ 5 درصد)، در تخمین رطوبت سطحی خاک برخوردار است. میانگین خطای اریب در مدل‌های معرفی‌شده غالباً کمتر از یک است، بااین‌وجود مقدار این آماره تمایل به بیش بر‌آوری را در مدل معرفی‌شده برای سطح رطوبتیِ 5%≤ و تمایل به کم برآوری را برای دو مدل معرفی‌شده‌ی دیگر نشان می‌دهد. نسبت انحراف کارایی مدل‌ها (RPD) نیز با احتسابِ انحراف معیارِ (158/1 تا 221/0SD=)، 38/0 تا 93/0 برآورد شد.