بخشی از مقاله
چکیده
سنجش از دور حرارتی با پوشش وسیع از سطح زمین، به عنوان ابزاري اقتصادي در جستجوي منابع زمین گرمایی جدید و پایش این منابع مطرح میباشد. با استفاده از سنجش از دور حرارتی، میتوان به تهیهي نقشه و کمی سازي حرارتی مظاهر حرارتی سطحی مثل چشمههاي آب گرم، گاز فشانها و نقاط آتشفشانی که نشانهاي بر وجود منابع زمین گرمایی می باشند، پرداخت . بدین منظور، بایستی حرارت سطح زمین را توسط باند حرارتی تصاویر ماهوارهاي محاسبه کرد.
حرارت سطحی محاسبه شده تحت تاثیر عواملی مثل خورشید، ضریب افت محیط و تبخیر و تعرق و به علاوه منابع زمین گرمایی میباشد. هدف از این مطالعه، ارائهي مدل حرارتی عواملی غیر از منابع زمین گرمایی و کاهش اثر آنها از تصویر حرارت سطح زمین میباشد. مدل ارائه شده یک مدل خطی میباشد که ضرایب مدل مذکور با استفاده از روش سرشکنی کمترین مربعات محاسبه میشود. تصویر آنومالی حرارتی حاصل از مدل ارائه شدهبا نقشهي مظاهر حرارتی سطحی موجود در منطقه مقایسه شدند و %62 عوارض حرارتی بر هم منطبق میباشند.
-1 مقدمه
منابع زمین گرمایی از جمله منابع انرژيهاي نو میباشند که از حبس آب یا گاز داغ در زیر زمین تشکیل می-شوند و معمولا در نواحی با جریان حرارتی1 بالا بوجود میآیند، به طوري ﮐﻪ چنین جریان حرارتیاي ممکن است به وجود سنگهاي آذرین جوان2 یا ﺳﻨﮓﻫﺎي داغ در محل مربوط باشد .[2 ,1] وجود ﮔﺴﻞ و شکستگی هاکه نشان دهندهي میزان نفوذپذیري یک منطقه میباشد باعث چرخش آب در این نوع از منابع میشوند تا دما به صورت همرفتی به سطح زمین انتقال پیدا کند[4 ,3] و باعث ایجاد مظاهر ﺳﻄﺤﯽ حرارتی مثل چشمههاي آب گرم، آبفشانها و گازفشانها در سطح زمین میشوند.[5] شناسایی مظاهر حرارتی سطحی به عنوان نشانههاي سطحی بر وﺟﻮد منابع زمین گرمایی در شناسایی منابع جدید و پایش آنها در طول بهره برداري بسیار مهم میباشد .[6 ,5]
سنجش از دور به دلیل توانایی پوشش وسیع، قدرت تفکیک مکانی و زمانی مناسب به عنوان ابزاري مفید و مقرون به صرفه در جستجوي منابع زمین گرمایی شناخته شده اﺳﺖ. [7] در مطالعات مربوط به جستجوي منابع زمین گرمایی از سنجش از دور به منظور شناسایی آنومالی حرارتی، گسل و شکستگی ها، نقاط آتشفشانی و نواحی دگرسانی استفاده میشود .[8] هدف از این تحقیق شناسایی مظاهر حرارتی سطحی مربوط به ﻣﻨﺎﺑﻊ زمین گرمایی مثل چشمههاي آب گرم، گازفشان و نقاط آﺗﺶﻓﺸﺎﻧﯽ میباشد.
حرارت سطحی3 قابل محاسبه از باندهاي حرارتی تصاویر ماهوارهاي تحت تاثیر ﻋﻮاﻣﻠﯽ مثل ﺧﻮرﺷﯿﺪ، ضریب اﻓﺖ محیط4 و تبخیر و تعرق5 میباشد .[9] بنابراین، نرمال سازي تصویر حرارت سطح زمین نسبت عوامل غیر از منابع زمین گرمایی جهت تشخیص منابع زمین گرمایی ضروري است. در حال حاضر این مسئله یکی از چالشهاي تحقیقاتی در شناسایی دقیق مظاهر حرارتی سطحی مربوط یه منابع زمین گرمایی میباشد .[10]
-2 مروري بر تحقیقات
هودر در تحقیقی از تصویر حرارتی قبل از طلوع آفتاب براي شناسایی چشمههاي آبگرم و مناطق با آنومالی حرارتی در ناحیهاي در کالیفرنیا استفاده کرد. در این تحقیق از روش آنالیز چشمی و استفاده از روش حد آستانه در استفاده شد .[11] سیلستاد و همکاران از تصاویر چند طیفی مادون قرمز میانی و مادون قرمز بلند براي شناسایی چشمه هاي آب گرم و آب فشانها در منطقهاي در پارك یلواستون استفاده کردند. این تصاویر داراي قدرت تفکیک یک تا سه متر بودند و به صورت روز و شب اخذ شدند. .[12]
کینهولز و همکاران از تصاویر لندست در مدت زمان سال 1985 تا 2008 در منطقهاي در آلاسکا استفاده کردند. پس از محاسبه حرارت از باند حرارتی، آنومالی حرارتی، به شرط انتخاب ده درصد از گرمترین نقاط، انتخاب شد. آنومالی-هاي حرارتی که حداقل در سه تصویر به عنوان آنومالی شناخته شده بودند به عنوان آنومالی حرارتی نهایی انتخاب شدند که نشان دهندة چشمههاي آب گرم و گاز فشانهاي کشف نشده بودند .
- Kienholz et al., 2009 - وستون و همکاران در سال 2008 از تصاویر لندست 7 در ناحیه پارك ملی یلداستون نواحی شمالی کوههاي راکی در آمریکا جهت شناسایی نواحی با آنومالی حرارتی استفاده کردند. دراین کار ابتدا میزان شار حرارتی خورشید محاسبه میشود و سپس به منظور در نظر گرفتن میزان انعکاس و جذب انرژي رسیده در سطوح مختلف میزان آلبیدو از باندهاي مرئی با روش لیانگ [13] تخمین زده شد. در این تحقی ق، اثرات اتمسفري و خورشید به عنوان تصحیحات باند حرارتی در نظر گرفته شد .[14]
کین و همکاران در سال 2011 از تصاویر لندست در منطقهاي در چین براي شناسایی آنومالی حرارتی سطحی استفاده کردند. در این تحقیق پس از تصحیحات رادیومتریکی، محاسبه ضریب گسیلمندي و تصحیحات اتمسفري از یک روش تک بانده براي محاسبه دماي سطح زمین استفاده شد. دماي بالاتر از 4 تا 10 کلوین نسبت به پس زمینه به عنوان آنومالی حرارتی شناخته شد و نشان داده شد که محل این آنومالیها منطبق بر فعالیت گسلها بود .[10] پنگ وهمکاران نیز از روش مشابهی در ﻣﻨﻄﻘﻪاي در شمال شرقی چین استفاده کردند با این تفاوت که از حد آستانه 35 درجه سانتیگراد براي شناسایی آنومالی حرارتی استفاده کردند .[7]
کولبو و همکاران در سال 2007 از تصاویر روز/شب استر که در یک تاریخ گرفته شده بودند، استفاده کردند تا اثر اینرسی حرارتی را کاهش دهند. در این تحقیق، اثرات آلبیدو، شیب و اینرسی حرارتی بر اساس یک مدل انرژي حرارتی ارائه شد. تصویر آنومالی نهایی نشان داد که تا %50 از نواحی آنومالی اشتباه از بین رفته و آنومالیهاي حرارتی مربوط به نواحی زمینگرمایی باقی ماندند . - Coolbaugh et al., 2007 - انوا وهمکاران نیز در سال 2007 از مدل شرح داده شده توسط کولبو نیز براي شناسایی نواحی آنومالی حرارتی در منطقهاي در کالیفرنیا آمریکا استفاده کردند ولی در این کار از اندازه گیري هاي زمینی استفاده نکردند و توانستند آنومالیهاي مربوط به نواحی زمینگرمایی را شناسایی کنند . - Eneva et al ., 2007 -
در حالی که مدل ارائه شده توسط کولبو در شناسایی و بارزسازي آنومالی حرارتی مربوط به نواحی زمینگرمایی موفق بود اما، این مدل داراي محدودیتها و نقصانهایی نیز میباشد . در این مدل، فرض بر این است که عامل اصلی خروج حرارت از زمین، خروج انرژي حرارتی از طریق تابش میباشد و اثر خروج انرژي از طریق انتقالی توسط اتمسفر و همرفتی از طریق بخارآب ناچیز میباشد. این فرض براي مناطق خشکی که خالی از پوشش گیاهی میباشند مثل حوزة گریت در غرب آمریکا، کارا میباشد، ولی براي مناطقی که داراي رطوبت است و یا داراي پوشش گیاهی است، ﺧﺮوج انرژي حرارتی از طریق تبخیر و تعرق عامل مهمی میباشد .[15]
انوا و کولبو در سال 2009 در تحقیقی نشان دادند که چگونه ارتفاع و پدیدة حرارت معکوس بر روي میزان حرارت محاسبه شده از باندهاي حرارتی استر اثر میگذارد .[16] گوتیرز و همکاران در سال 2012 در ﺗﺤﻘﯿﻘﯽ در ادامه توسعه مدل شناسایی آنومالی حرارتی در نواحی با تغییرات ارتفاعی زیاد، مدل خطی را براي فاکتور ارتفاع ارائه دادند به طوري که ضریب این فاکتور طوري تعیین می شود که حداقل واریانس براي تصویر تصحیح شده باقی بماند و بدین صورت اثر ارتفاعی را در کاهش آنومالی اشتباه لحاظ کردند .[17]
-3 روش پیشنهادي
بر اساس تحقیقات انجام شده، تصاویر ماهوارههاي لندست و استر به عنوان تصاویر فضایی براي شناسایی مظاهر سطحی منابع زمینگرمایی استفاده شده اند و نتایج قابل قبولی هم در بعضی از نواحی حاصل شده است . در این تحقیق، تصاویر لندست 7 و سنجندة ETM+ براي شناسایی مظاهر سطحی حرارتی منابع زمینگرمایی مورد استفاده قرار میگیرند. روش پیشنهادي در شکل - 1 - نشان داده شده است. براي محاسبه تصویر آنومالی حرارتی از طرفی یک تصویر حرارتی مشاهداتی نیاز خواهیم داشت که در واقع همان تصویر حرارتی محاسبه شده از باند حرارتی ماهواره در لحظهي تصویربرداري میباشد. از طرف دیگر، یک مدل حرارتی نیز تعریف میشود تا به نوعی عوامل تغییر حرارت از پیکسلی به پیکسل دیگر را مدل کند. پس از محاسبه این دو تصویر، حاصل تفریق آنها، تصویر آنومالی حرارتی خواهد.
