بخشی از مقاله
چکیده
سطح پوشش برف یکی از پارامترهاي مهم در تحلیل هاي هیدرولوژي و مدیریت منابع آب محسوب می شود. در این پژوهش به منظور تهیه ي نقشهي سطح پوشش برف، از شاخص NDSI بر روي تصاویر سنجنده هاي OLI و MODIS، به ترتیب با توان تفکیک مکانی 30 و 500 متر بهره گیري شد. هر دو تصویر مورد استفاده مربوط به حوضه ي آبریز شیریندره در شمال استان خراسان شمالی هستند که در یک روز یکسان اخذ شدهاند.
داده هاي مرجع جهت ارزیابی نقشه ي پوشش برف سنجنده ي OLI به صورت بصري از روي تصویر OLI به دست آمد. همچنین به منظور ارزیابی نتایج سنجنده ي MODIS و مقایسه ي آن با نتایج سنجنده ي OLI، نقشه ي پوشش برف سنجنده ي OLI به عنوان دادههاي مرجع مورد استفاده قرار گرفت. ماتریسهاي خطا و شاخص دقت کلی نشان دهنده ي عملکرد مناسب شاخص NDSI بر روي تصاویر سنجنده هاي OLI و MODIS و نزدیکی نتایج این دو سنجنده به یکدیگر است.
-1 مقدمه
محدودیت منابع آب شیرین موجب شده تا مدیریت آن از اهمیت زیادي برخودار باشد. یکی از راههاي مدیریت منابع آب، بهره برداري صحیح از آب حاصل از بارشها است . برف یکی از انواع بارش است که در هیدرولوژي تا اندازه اي متفاوت با آن برخورد می شود. دلیل این امر تأخیر بین زمان بارش و زمان تولید آب است که در ایجاد رواناب، تغذیه ي آبهاي زیرزمینی و سایر فرایندهاي هیدرولوژي نقش مهمی را ایفا می کند
معمولاً یکی از علاقه هاي هیدرولوژیستها آگاهی از مقدار ذخیره ي آب به شکل ﺑﺮف در یک حوضه است. همچنین، تحلیلهاي هیدرولوژي درست در این زمینه مستلزم کسب اطلاعات قابل اطمینان و به موقع درباره ي توزیع مکانی برف و ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت فیزیکی آن است
در گذشته داده هاي برف به صورت میدانی جمع آوري می شدند . این نحوه ي جمع آوري داده ها بسیار پرهزینه، دشوار و خطرناك است. همچنین داده هاي جمع آوري شده به صورتمیدانی فقط مربوط به چند نقطهي خاص هستند. این نقاط نمی توانند نمایندهي خوبی براي یک منطقهي بزرگ از حوضهي آبریز باشند. از سوي دیگر، به دلیل تغییرات دائمی سطح پوشش برف ﻧﺴﺒﺖ به زمان، مطالعه ي آن مستلزم پایش هاي دائمی برف میباشد.[9] بنابراین روشهاي میدانی از دقت و اثربخشی لازم برخوردار نیستند.
سنجش از دور یک ابزار توانمند براي دستیابی به داده هاي برف محسوب می شود . داده هاي سنجش از دور هم از لحاظ توان تفکیک مکانی و هم از نظر فواصل زمانی بین جمعآوري دادهها از یک منطقه نسبت به روشهاي میدانی داراي برتري هستند. همچنین، ضمن افزایش دقت نتایج، هزینه هاي جمع آوري دادهها را به طور چشمگیر کاهش میدهند.
در چند دهه ي اخیر روشهاي متعددي براي تهیهي نقشه ي پوشش برف با استفاده از سنجنده هاي مختلف معرفی شدهاند. همچنین، ﺑﺮﺧﯽ ﻣﻘﺎﻻت به مقایسه ي دقت نقشههاي برف حاصل از سنجنده هاي مختلف با توان تفکیکهاي مکانی، طیفی، زمانی و رادیومتریکی متفاوت از جمله AVHRR1 ، MODIS2،SSM/I3 ، SPOT ، TM 4 ، ETM5 ﭘﺮداﺧﺘﻪاند.ﻣﺴﺎﺣﺖ ﺳﻄﺢ پوشیده شده از برف در یک حوضهي آبریز یکی از پارامترهاي تعیینکننده در بسیاري از تحلیل هاي هیدرولوژي از جمله پیشبینی دبی آب میباشد.
هدف این پژوهش، ارزیابی دقت نقشه هاي پوشش برف حاصل از دادههاي سنجندهي OLI6 ماهوارهي Landsat-8 و دادههاي سنجندهي MODIS ماهوارهي Aqua با استفاده از شاخص NDSI 7 و مقایسهي نتایج آن ها با یکدیگر است. در این راستا، تصاویر دو سنجندهي فوق براي یک روز مشترك بر روي حوضه ي آبریز سد شیرین دره در شمال استان خراسان شمالی مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین، به منظور تعیین محدودهي این حوضه آبریز، از مدل ارتفاعی رقومی8 حاصل از زوج تصاویر ASTER مربوط به منطقهي مورد مطالعه استفاده شده است.
این مقاله در 5 بخش تدوین شده است. در بخش دوم ویژگی هاي منطقه ي مورد مطالعه تشریح شده
است. بخش سوم به معرفی داده ها و روش مورد استفاده در این پژوهش میپردازد. در بخش چهارم،نتایج
حاصل از پیادهسازي الگوریتم ها بر روي دادهها مورد ارزیابی قرار می گیرد . در نهایت، بخش پنجم به
نتیجهگیري اختصاص داده شده است.
-2 منطقهي مورد مطالعه
در هیدرولوژي توجه به برف، بیشتر در عرضهاي جغرافیایی متوسط به بالا و مناطق کوهستانی اهمیت دارد.[11] منطقه مورد مطالعه در این پژوهش، حوضه ي آبریز سد شیرین دره، واقع در شمال استان ﺧﺮاﺳﺎن طول شرقی و شمالی در شمال شرق کشور است. سد مخزنی شیرین دره در موقعیت جغرافیایی عرض شمالی و به فاصله حدود 60 کیلومتري شمال غربی شهرستان بر روي رودخانه شیرین دره قرار دارد . این رودخانه یکی از بزرگترین سرشاخه هاي شمالی رودخانه اترك به شمار می رود و سد شیرین درهبا اهداف تأمین آب کشاورزیاراضی پایین دست سد، مهار سیلاب و جلوگیري از خسارت سیل،تأمین قسمتی از آب شرب شهر بجنورد و جلوگیري از فرسایش رودخانه شیرین درهدر سال 1384 به بهره برداري رسید
با توجه به موقعیت جغرافیایی و کوهستانی بودن منطقه، بخش قابل توجهی از آب این حوضه از طریق بارش برف تأمین می شود . بنابراین، مطالعه ي میزان آب ذخیره شده به شکل برف در این حوضه ي آبریز می تواند در مدیریت منابع آب این حوضه براي اهداف اشاره شده در بالا نقش به سزایی را ایفا نماید. وسعت این حوضه ي آبریز حدود 161 هزار هکتار است که از سمت شمال در مجاورت مرز ایران و ترکمنستان واقع شده است. شکل شماره 1 موقعیت جغرافیایی منطقهي مورد مطالعه را نشان میدهد.
شکل .1موقعیت جغرافیایی حوضهي آبریز شیریندره در استان خراسان شمالی
-3 مواد و روشها
-1-3 مدل ارتفاعی رقومی
مدل ارتفاعی رقومی مورد استفاده در این تحقیق با توان تفکیک مکانی 30 متر از تصاویر سنجندهي ASTER1 توسط سازمان ناسا در ایالات متحده آمریکا و وزارت صنعت و تجارت کشور ژاپن تهیه و از اکتبر سال 2011 از طریق ﺳﺎﯾﺖ سازمان زمینشناسی آمریکا به صورت رایگان تحت عنوان ASTER GDEM 22
در اختیار محققین و کاربران قرار گرفته است.[12] بر اساس ارزیابیهاي صورت گرفته توسط تهیه کنندگان
این محصول، دقت کلی آن حدود 17 متر با سطح اطمینان %95 میباشدDEM.[12] دانلود شده داراي ابعاد
با مبناي مسطحاتی WGS84 است که کل منطقه ي مورد مطالعه را پوشش میدهد. سطح مبناي ارتفاعی آن ژئوئید است. در واقع، ارتفاعات ژئودتیک با استفاده از مدل ژئوئید EGM963 به ارتفاعات ارتومتریک تبدیل شدهاند.
سنجنده ي ASTER یکی از پنج سنجندهي نصب شده روي ماهوارهي Terra است که در دسامبر سال 1999 به فضا پرتاب گردید. تصاویر بدست آمده از این سنجنده داراي 14 باند و توان تفکیک مکانی آن، بسته به باندهاي طیفی مختلف، بین 15 تا 90 متر است
