بخشی از مقاله
چکیده
تبخیرو تعرق واقعی تاثیر مهمی بر روي مطالعات منابع آب، هیدرولوژي، کشاورزي، جنگلداري دارد. بنابراین اندازه گیري دقیق آن در مقیاس بزرگ لازم و ضروري است. در این تحقیق، به منظور تخمین تبخیر و تعرق واقعی دشت نیشابور در شمال شرقی ایران از الگوریتم بیلان انرژي براي زمین - سبال - و تصاویر سنجنده مودیس ماهواره ترا به همراه داده هاي هواشناسی استفاده شده است. تصاویر مربوط به روز 15می سال هاي 2000 تا 2013 می باشد. براي ارزیابی صحت نتایج مدل سبال از روش تعیین تبخیرو تعرق مرجع پنمن مانتیث و ضریب رشد گیاهی استفاده شده است.
وجود تفاضل مطلق و ضرایب MAE و RMSE پایین، دقت سبال را در تخمین تبخیر و تعرق نشان می دهد. همچنین نتایج در مزارع با موقعیت مکانی معین مشخص می کند روز15 می به دلیل داشتن دماي پایین تر و پوشش گیاهی متراکم تر، تبخیروتعرق واقعی بیشتري را نشان می دهد. این تحقیق، پتانسیل قابل توجه مدل سبال را براي تخمین تبخیر و تعرق واقعی در مناطق بزرگ با داده هاي هواشناسی کم از قبیل دشت مشخص می نماید.
کلمات کلیدي: تبخیروتعرق واقعی، الگوریتم سبال، تصاویر مودیس، مدل پنمن مانتیث، شاخص NDVI
مقدمه
تبخیر وتعرق واقعی کاربردهاي متنوعی در مدیریت آب محصول، ارزیابی اثر تغییراقلیم، مدلسازي هیدرولوژیکی، مطالعات تغذیه آب زیرزمینی، کارایی آبیاري و طرح ریزي کاربري اراضی دارد. در مقیاس مزرعه، تبخیر و تعرق می تواند در سرتاسر یک محیط همگن با استفاده از تکنیک هاي عمومی مثل نسبت باون، همبستگی متلاطمی، بیلان آب و سیستمهاي لایسیمتر اندازه گیري شود. با این حال این سیستمها نمی توانند توزیع مکانی تبخیر و تعرق در مقیاس منطقه اي را بخصوص در محیط هاي ناهمگن بدست آورند.عموماً لایسیمترهاي وزنی بزرگ بعنوان دقیق ترین وسایل اندازه گیري مستقیم ET در مزرعه در نظرگرفته می شوند ولی روشهاي نسبت باون و همبستگی متلاطمی و بیلان آب تفاوت زیادي در نتایج و توانایی تخمین دارند.
امروزه با وجود تصاویر ماهواره اي مشاهداتی از زمین، الگوریتم هاي سنجش از دور زیادي براي تعیین ET گسترش یافته و ارزیابی شده اند و به دلیل اینکه نیاز مبرم به پهنه بندي ET می باشد، بنابراین تلاش براي گسترش، اصلاح و بهبود الگوریتم هاي سنجش از دور امري لازم و حیاتی بنظر می رسد. الگوریتم بیلان انرژي سطح زمین - SEBAL - که بوسیله باستیانسن در دهه 90میلادي گسترش یافته است یکی از الگوریتم هاي RS-ET مهم می باشد که در سرتاسرجهان گسترش یافته و نتایج قابل قبولی را ارائه کرده است. برطبق گزارشات تا سال2005، SEBAL در بیشتر از 30کشور براي تعیین پهنه بندي ET بکاربرده شده است که این نشان می دهد که SEBAL یکی از الگوریتم هاي RS-ET باکاربرد وسیع در سطح جهانی است.
تبخیر و تعرق واقعی در دشت سان جیانگ واقع در شمال شرقی چین را بکمک تصاویر مودیس و الگوریتم سبال محاسبه نمودند و نتایج آن را با سیستم همبستگی تلاطمی در مزرعه مقایسه نمودند. انحراف %8/86 در کاربري هاي هاي مختلف دشت حاکی از دقت سبال می باشد.به کمک الگوریتم سبال، تبخیر و تعرق واقعی را در منطقه باش لند از ایالت تگزاس آمریکا در زمینهاي آبیاري شده و خشک پهنه بندي کرده و با داده هاي لایسیمتر مقایسه نمودند. وجود خطاي 0/13 RMSE و 0/15 میلی متر در روز نشان دهنده دقت بالاي الگوریتم سبال دارد وآنها انتخاب پیکسل سرد و گرم را به عنوان عاملی مهم در تعیین تبخیر وتعرق دانستندکه قادر است نتایج را بالاتر از 20درصد تغییر دهد.
در ایران نیز در سال هاي اخیر مطالعات فراوانی انجام گرفته است. رحیمیان و پورمحمدي با استفاده از برآورد تبخیر وتعرق گندم در شرایط تحت تنش به کمک سنجش از دور و الگوریتم توازن انرژي در دشت آزدگان خوزستان که بهصورت نقشه هاي تبخیر و تعرق روزانه و فصلی ارائه گردیده، نتیجه گرفتند از طریق الگوریتم سبال و روشهاي نظیر آن که به وقت و هزینه کمتري نسبت به سایر روشها نیاز دارد می توان تبخیر وتعرق واقعی گیاهان را با بروز رسانی فهمید، همچنین نتایج آنها نشان داد تبخیر وتعرق قابل انتظار براي گیاه گندم در منطقه حدود 13درصد بیشتر از حد مورد انتظار برآورد گردیده است.
در این مطالعه سعی شد به کمک تصاویر سنجنده مودیس که از یک روز از سال در طی سال هاي متوالی گرفته شده است توزیع مکانی و زمانی تبخیر و تعرق و دیگر پارامترهاي مدل سبال را رسم و مقایسه اي بین تصاویر انجام گیرد. همچنین براي تعیین صحت تبخیر و تعرق مدل سبال از مدل پنمن مانتیث و ضریب رشدگیاهی مزارع منطقه مورد مطالعه استفاده شده است.
داده ها و نرم افزارهاي مورد استفاده
براي این مطالعه از تعدادي تصویر سنجنده مودیس ماهواره ترا در طی سال هاي 2000 تا 2013 در تاریخ 15 می - 25اردیبهشت - استفاده شد. به دلیل ابري بودن و قرار گرفتن دشت در دو فریم مختلف از بعضی سال ها در روز 15 می تصویري مورد استفاده قرار نگرفت و در بعضی سال ها از تصویري با یک تا سه روز تاخیر استفاده شد و سعی شده از همان روز خاص براي بهبود نتایج استفاده شود.
قدرت مکانی این تصاویر 1000متر می باشند و هرپیکسل از این تصاویر مساحتی حدود100هکتار را شامل می شود. از داده هاي هواشناسی ایستگاه سینوپتیک نیشابور براي ورودي مدل سبال و تعیین تبخیروتعرق مرجع با روش هاي تجربی استفاده گردید. همچنین جهت انجام پردازش هاي تصویري و اجراي مدل سبال، نرم افزارهاي ERDAS9.1 و ENVI 5، ARC GIS10.2 براي تهیه نقشه هاي توزیع مکانی تبخیروتعرق و پارامترهاي آن و از نرم افزار Ref-ET براي محاسبه تبخیر و تعرق ساعتی و روزانه مرجع استفاده شد.
تبخیر و تعرق واقعی
تاکنون الگوریتم هاي زیادي به منظور تخمین شارهاي انرژي بین سطح و اتمسفر و تبخیر وتعرق واقعی گسترش یافته اند. هدف این الگوریتم ها تخمین تبخیر و تعرق در هر دو مقیاس محلی ومنطقه اي به کمک تکنیک سنجش از دور و داده هاي هواشناسی می باشد.سبال یکی از این الگوریتم هاي سنجش از دور است که در سالیان اخیر مورد توجه محققان زیادي قرار گرفته و نتایج قابل قبولی در مقایسه با داده هاي اندازه گیري شده در مزارع نشان داده است. براي اجراي مدل سبال ابتدا نیاز به محاسبه شار تابش خالص می باشد.
