بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزیابی دقت معادلات تجربی برآورد تبخیر و تعرق پتانسیل با استفاده سنجش از دور
چکیده
تبخیر و تعرق یکی از پارامترهای مهم در چرخه هیدرولوژی است و برآورد دقیق آن در زمینه های مختلفی از جمله هیدرولوژی، کشاورزی، مدیریت جنگل و مرتع و مدیریت منابع آب مورد استفاده قرار میگیرد. در دهه های اخیر روشهای زیادی بمنظور تخمین تبخیر و تعر ق گیاهان در مناطق وسیع توسعه داده شده است. فن آوری سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی یکی از این روشها میباشد. در این بررسی از دو مدل تجربی تبخیر و تعرق پتانسیل تورنت-وایت و لینیاکر در 5 واحد کشت و صنعت نیشکر استان خوزستان استفاده شده است. در این مدلها از پارامتردمای سطح زمین بدست آمده از 420 تصویر بدون ابرسنجنده مودیس ماهواره آکوا طی سالهای 2006 و 2007، برای محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع استفاده شده است. روش پنمن-مانتیث به عنوان روشی استاندارد جهت محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع جهت ارزیابی تبخیر و تعرق برآورد شده از تصاویر ماهوارهای قرار گرفت. مدل تورنت وایت با خطای استاندارد 1/87 میلی متر در روز و ضریب تبیین0/67 همبستگی کمی با مدل فائو-پنمن-مانتیث دارد و از دقت خوبی برخوردار نیست و مدل لینیاکر با ضریب تبیین 0/70 و خطای استاندارد 1/97 میلیمتر در روز برآورد دقیقتری از تبخیر و تعرق با استفاده از تصاویر ماهوارهای در منطقه مورد مطالعه دارد.
واژههای کلیدی: تبخیر و تعرق، سنجش از دور، سنجنده مودیس ، مدلهای تجربی
مقدمه
تبخیر و تعرق یکی از پارامترهای مهم در چرخه هیدرولوژی است و برآورد دقیق آن در زمینه های مختلفی از جمله هیدرولوژی، کشاورزی، مدیریت جنگل و مرتع و مدیریت منابع آب مورد استفاده قرار میگیرد. از اینرو محققین بسیاری تلاش کرده اند تا مقادیر تبخیر و تعرق را در مقیاس های زمانی و مکانی مختلف برآورد کنند. اغلب روش هایی که تاکنون ارائه شده است از اندازه گیری های نقطه ای برای تخمینET استفاده می کنند، لذا فقط مناسب مناطق محلی بوده و به خاطر طبیعت پویا و تغییرات منطقه ای قابل تعمیم به حوضه های بزرگ نمی باشند.[2] سنجش از دور این قابلیت را دارد تا مقدار تبخیر و تعرق را تخمین زده و همچنین توزیع مکانی آن را مورد بررسی قرار دهد. زیرا تنها روشی است که می تواند پارامتر های معروفی نظیر دمای سطحی، ضریب آلبیدو و شاخص پوشش گیاهی را به صورت منطبق یا سازگار با محیط فراهم کرده و همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد .[1] ثنایی نژاد و همکاران (1390)، با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS در روزهای 14 خرداد، 10 تیر و4 مرداد سال 1388و الگوریتم سبال به بررسی توزیع مکانی تبخیر و تعرق واقعی روزانه در زیر حوضه آبریز مشهد پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد که از تصاویر سنجنده MODIS و الگوریتم سبال مقدار تبخیر و تعرق واقعی در مقیاس روزانه را در زیر حوضه مورد مطالعه بخوبی برآورد میکنند.[2] کلو(2007) P1P3F به بررسی مدل تعادل انرژی سطحی-مقاومت آئرودینامیکی و معادله پنمن مانتیث برای تخمین تبخیر از سطح زمین در یک دوره 16 روزه با استفاده از تصاویر MODIS و دادههای هواشناسی پرداختند، و از آنجاییکه در مدل تعادل انرژی سطحی- مقاومت آئرودینامیکی خطاهای کوچک در دمای سطحی تابشی منجر به خطاهای بزرگ در گرمای محسوس و در نتیجه ایجاد خطا در تخمینهای تبخیر میشود این مدل رد شد، اما مدل پنمن مانتیث مقدار و تغییرات فصلی تبخیر را به طور مناسبی تخمین زد. [5]
هدف اصلی هدف اصلی این تحقیق بررسی دقت معادلات تجربی تبخیر و تعرق پتانسیل ، تورنت وایت و لینیاکر در صورت استفاده از دادههای دمای سطح زمین بدست آمده از سنجنده مودیس ماهواره آکوا بجای دادههای دمای هوا اخذ شده از ایستگاههای هواشناسی و واسنجی این معادلات ، برای محاسبه تبخیر و تعرق در مزارع نیشکر واقع در استان خوزستان است. با توجه به عدم دسترسی به دادههای لایسیمتری، با توجه به پیشنهاد سازمان خوارو بار جهانی از معادله فائو-پنمن-مانتیث، به عنواندقیقترین روش محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع با استفاده از دادههای هواشناس ی و در مناطق مختلف با شرایط آب و هوایی متفاوت [3]، و یک روش استاندارد برای ارزیابی سایر روشهای برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع، به منظور ارزیابی عملکرد مدل تجربی مورد استفاده قرارگرفت.
مواد و روش ها
با توجه به اینکه تبخیر و تعرق گیاه مرجع، بیانگر شدت تبخیر از سطح وسیع پوشیده از چمن است، برای تعیین آن با استفاده از معادله پنمن مانتیث به اطلاعات هواشناسی از مناطق کشاورزی با کشت وسیع نیاز است. لذا منطقه مورد مطالعه این تحقیق مزارع طرح توسعه نیشکر و صنایع جانبی واقع در استان خوزستان میباشد. این منطقه شامل 7 مجموعه کشت و صنعت است، که هر کدام حدود 13 هزار هکتار وسعت دارند. 5 واحد از این مزارع برای انجام این تحقیق انتخاب شد. ایستگاههای مورد مطالعه در این تحقیق مجهز به ایستگا های هواشناسی هستند. دادههای مورد نیاز شامل میانگین روزانه درجه حرارت هوا، حداقل و حداکثر دمای هوا، رطوبت نسبی، ساعات آفتابی و سرعت باد از ایستگاههای هواشناسی واقع در محدودههای شبکه آبیاری طرح توسعه نیشکر به مدت 5 سال (از سالهای 1381 تا (1386 به صورت روزانه جمعآوری شدند. از کل محدوده مورد مطالعه دو واحد آن (شعیبیه-EM و امیرکبیر-(AM در سمت غرب رودخانه کارون و سه واحد آن (فارابی- FA، غزالی-GHو خزاعی-(KH در سمت شرق رودخانه کارون واقع شدهاند. موقعیت کلی واحدهای کشت و صنعت نیشکر در محدوده مورد مطالعه در شکل (1) نشان داده شده است. همچنین میانگین پارامتر های هواشناسی ایستگاههای مورد مطالعه در جدول((1 ارائه شده است.
معادله پنمنمانتیث
معادله PM که توسط سازمان فائو بعنوان روش استاندارد برای تعیین ETO و مقایسه سایر روشها توصیه شده است، دراین تحقیق بعنوان مبنای ارزیابی استفاده شده است. این معادله به صورت رابطه زیر میباشد.[3]
که در آن Ta دمای هوا (◦c)، UR2R سرعت باد درارتفاع 2 متری (m sP-1P)، RRnR تابش خالص در سطح زمین MJ mP-2P dP-) ( 1P ، eRsR-eRaR کمبود فشار بخاراشباع هوا (Kpa)، ∆ شیب منحنی فشار بخار اشباع با دما (KpaCP-1P)و γ ثابت سایکرومتری((PKpaCP-P1P میباشند. کلیه پارامترهای فوق با استفاده از روابط پیشنهادی توسط آلن و همکاران (1998) محاسبه شده است.
مدل تورنتوایت
مقدار تبخیر و تعرق برای یک ماه استاندارد 30 روزه و 12 ساعات روشنایی روزانه تابع متوسط درجه حرارت ماهانه است که از روابط زیر تبعیت میکند .[7]
که در این روابط، I ، رژیم حرارتی هر ماه، a ، ضریب تابعی رژیم حرارتی و Ld,i، ضریب عرضهای مختلف جغرافیایی در ماههای سال است.
مدل لینیاکر
معادله لینیاکردر سال 1977 بر اساس درجه حرارت توسعه یافت. این معادله برای محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع فقط نیازمند درجه حرارت هوا میباشد. تبخیر و تعرق گیاه مرجع از معادله لینیاکر با استفاده از رابطه زیر محاسبه شده است.[6]
که در این روابط، Z ارتفاع از سطح دریا , A ، عرض جغرافیایی(درجه)، R حداقل درجه حرارت هوا (°C) و RRnnR
، تفاوت بین درجه حرارت در گرمترین و سردترین ماه سال((°C است.
بمنظور ارزیابی نتایج مدل بوسیله نتایج تجربی، شاخصهای آماری مورد استفاده قرار میگیرند. در این تحقیق از شاخص-های آماری ضریب تبیین (RP2P) ، میانگین انحراف خطا (MBE) و ریشه میانگین مربعات خطا ( RMSE) و درصد خطای-نسبی (RLRMSE) استفاده شده است.
محاسبه دمای سطح زمین
