بخشی از مقاله
چکیده
باران یکی از مهمترین پارامترهاي هیدرولوژیکی است چرا که اغلب تغیرات مشاهده شده در چرخه هیدرولوژیکی با بارندگی در ارتباط هستند. روشهاي مختلفی در هیدرولوژي و هواشناسی وجود دارند که اطلاعات دقیقی از باران در مقیاس کوچکتر از 2/5 درجه میدهند اما اصولاً بسیار هزینهبر هستند. در اینجا ما روشی جدید از مادون قرمز و مایکروویو غیرفعال را بررسی میکنیم که براي از بین بردن محدودیت دادههاي مادون قرمز و مایکروویو ماهواره آنها را ترکیب میکند. در این روش تخمینهاي بارش با رزولوشن مکانی و زمانی بالا مادون قرمز با استفاده از اطلاعات باران مایکروویو بدست میآید.
براي این عمل بر اساس روش همسان سازي احتمالات - ققب - ارتباطی بین دماي روشنایی مادون قرمز و نرخ بارش مایکروویو غیرفعال همزمان استخراج می گردد و در نهایت این رابطه بدست آمده بر تمام دادههاي مادون قرمز اعمال میگردد. همسان سازي احتمالات روشی جدید است و براي مواقعی که نمیتوان از رگرسیون استفاده کرد یا استفاده از رگرسیون بیمعنا است به کار میرود.
طی چند سال اخیر در منطقه شرق دریاي خزر در مرداد ماه - آگوست - بارشهاي ناگهانی رخ داده که منجر به رخداد سیلاب شده است. به همین دلیل یک بازه پنج روزي از این ماه در سال 1384 - مطابق با آگوست - 2005 که باران شدید و ناگهانی باریده را مورد مطالعه و قابلیت ترکیب ماهواره صهکپکصکق و ققل1 در ثبت این بارش ناگهانی را بررسی کردیم. در نهایت نتایج حاصل را با ایستگاه هاي زمینی مطابقت داده و مشاهده شد که این روش به خوبی بارش رخ داده را نشان میس دهد و با ایستگاههاي زمینی همبستگی 0/635 دارد.
مقدمه
باران یکی از مهمترین پارامترهاي هیدرولوژیکی است چرا که اغلب تغیرات مشاهده شده در چرخه هیدرولوژیکی با بارندگی در ارتباط هستند. متاسفانه پراکندگی مکانی و زمانی بارندگی بسیار متغیر است و ممکن است شدت بارش از 0/01 تا 100 میلیمتر بر ساعت تغییر کند و مدت بارش نیز از چند ثانیه تا چند روز به طول بیانجامد. بنابراین پایش و متعاقباً مدیریت منابع آب شیرین از نظر اقتصادي مهم است و به یکی از بحرانهاي بین المللی تبدیل شده است.
هر ساله بارندگی یا عدم بارندگی منجر به رخداد پدیدههاي بسیاري - سیلاب و خشکسالی و ... - میشود که زندگی هزاران نفر را با خطر مواجه کرده و خسارات مالی و جانی فراوانی را به بار میآورد، از این رو بشر در تکاپوست تا اطلاعات خود درباره میزان بارندگی و نیز توزیع رخداد آن را بهبود بخشد .[1] به طورکلی اندازهگیريهاي میزان بارندگی توسط ایستگاههاي زمینی، رادارهاي زمینی و ماهواره انجام میگیرد. بررسی بارندگی به روش سنتی نیاز به شبکههاي بارانسنجی متراکم دارد که هم از لحاظ اجرایی و هم از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نیست.
همچنین اندازهگیريهاي بارش براساس تکنولوژيهاي زمین مبنا - ایستگاههاي بارانسنجی - داراي مشکلاتی از قبیل عدم توانایی ثبت بارانهاي رگباري و سنگین همرفتی، عموماً در مناطق قابل دسترسی نصب شدهاند، از نظر شکل و رزولوشن زمانی متفاوت عمل میکنند، دقت آنها به طرح و فاکتورهاي محیطی - سرعت و جهت باد، دما، رطوبت و ... - بستگی دارد، تأسیسات باران سنجی گران قیمت بوده و کنترل کیفیت دادههاي بارش مشکل است و ... می باشند.
رادارهاي بارش برخی از این مشکلات را برطرف میکنند اما آنها هم داراي مشکلاتی چون نیازمندي به تأسیسات گران قیمت، داشتن خطاهاي معنیدار، ناهمگنی جمع آوري داده به خاطر پراکندگی مکانی ، خطاي تبدیل بازتاب پذیري به نرخ بارش و محدودیت پوشش مکانی هستند. سنجش از دور ماهوارهاي با داشتن دیدي وسیع نوید یک ابزار تقریًبا کامل جهت برطرف سازي گپهاي - شکافها - اندازهگیري زمینی را میدهد.
ماهوارهها با متمرکز کردن جمعآوري، ذخیره و توزیع داده، کنترل دادهها مطابق با روشهاي استاندارد، در دسترس بودن توزیع مکانی بارش در رزولوشن مکانی یک تا 5 کیلومتر و رزولوشن زمانی نیم تا یک ساعت، پوشش دادن سطح وسیعی از منطقه در یک لحظه و از همه مهمتر پایش مناطقی که توسط باران سنجها انجام نمیگیرد برخی از این مشکلات را حل کردهاند.
براي تخمین بارش با استفاده از دادههاي ماهوارهاي تکنیکهاي مختلفی وجود اما میتوان آنها را به سه گروه عمده طرحس هاي غیرمستقیم، مستقیم و ترکیبی تقسیم کرد. طرحهاي غیرمستقیم بیشتر از تصاویر مادون قرمز حرارتی - ع - 10 –12 µ استفاده میکنند و بر اساس دماي سطح بالایی ابر نرخ بارش را بیان می کنند. در مقابل طرحهاي مستقیم از مایکروویو استفاده میکنند.
ارتباط بین بارش و تابش مایکروویو نسبت به مادون قرمز - طرحهاي غیرمستقیم - قابل اعتمادتر است، چرا که بخش مایکروویو طیف الکترومغناطیس، قادر به نفوذ در ابر است و با هیدرومتئورهاي موجود واکنش انجام داده و باعث شناسایی آنها شده و لذا سنجندههاي مایکروویو تخمینهاي بهتري از بارشهاي ناگهانی تولید میکنند. اما از آنجایی که فراونی مشاهدات مایکروویو نسبت به مرئی و مادون قرمز کمتر است پس زمانی که براي تخمین بارشهاي کوتاه مدت استفاده شوند خطاي نمونه برداري بیشتر میشود. طرحهاي ترکیبی با ترکیب دو روش سعی در برطرف کردن این مشکلات دارند.
بیشتر مطالعات مایکروویو غیرفعال باران بر روي سطح زمین از الگوریتم اختلاف فرکانس استفاده میکنند. این الگوریتم از اختلاف فرکانس بین دماي روشنایی قطبش عمودي دو فرکانس مختلف - مانند zدن 37 و zدن - 85 استفاده میکند.[6] با ترکیب این دو مجموعه ضمن حفظ توانایی - مزیت - آنها می توان ضعف آنها را تا حد امکان کاهش داد. براي استفاده از توانایی هاي منحصر به فرد مادون قرمز و مایکروویو غیرفعال تکنیکهاي ترکیب متعددي توسعه یافته است.
این تکنیکها متدولوژي یکسانی دارند و آن هم تعدیل - تنظیم - تولیدات مادون قرمز با استفاده از تولیدات مایکروویو غیرفعال میباشد. برخی روشها هم براي کالیبره کردن دماي مادون قرمز از بازیابیهاي بارش مایکروویو غیرفعال استفاده میکنند. بنابراین دماي مادون قرمز به تنهایی می تواند براي تولید بارش استفاده شود. مشکل معمول تکنیکهاي مادون قرمز س مایکروویو غیرفعال انتخاب قلمرو کالیبراسیون است. انتخاب قلمرو در کالیبراسیون تولیدي میتواند معیاري در دقت تولید نهایی بارش باشد. انتخاب قلمرو ماهانه تغییرات اقلیمی را نشان میدهد و براي نمایش تغییرات کوچکتر از ماه جواب نمیدهد اما از آنجایی که تعداد نمونهها براي روشهاي کالیبراسیون ناگهانی بسیار کمتر است باید اندازه قلمرو مکانی را افزایش داد.
کشور ایران به علت موقعیت خاص جغرافیایی و ناهمواري بسار پراکنده و تاثیر دیگر عوامل از جمله تودههاي هوا از مناطق خشک جهان به شمار میرود. میزان متوسط بارندگی سالانه در کشور 250 میلیمتر - یک سوم بارش جهانی - است در حالیکه یک درصد جمعیت جهان را شامل میشود. با این که متوسط بارندگی سالانه کشور پایین است اما طی مرداد ماه - آگوست - چند سال اخیر در سواحل شرقی دریاي خزر در اثر جریانات همرفتی بارشهاي ناگهانی اتفاق میافتد که رخداد سیلاب و تلفات جانی و مالی سنگین و گاهاً از بین رفتن ایستگاههاي باران سنجی را منجر میشود. با این اوصاف یک بازه پنج روزي از این ماه در سال 2005 که بارانی ناگهانی باریده را مورد بررسی قرار داده و رابطهاي را بین دما و نرخ بارش یافته و میزان مطابقت بارش تخمینی با دادههاي زمینی را محاسبه میکنیم.
منطقه مورد مطالعه
طی چند سال اخیر در شرق دریاي خزر - خصوصاً استان گلستان - در مرداد ماه بارش هاي ناگهانی در اثر جریانات همرفتی رخ داده که منجر به رخداد سیلاب شده است. این محدوده در طول هاي جغرافیایی و53˚ 44 تا و56˚ 15 و عرض هاي جغرافیایی و36˚ 3 تا و38˚ 8 قرار گرفته است و مساحت آن بالغ بر 2عف 20437 استح بخش عمده اي از منطقه کوهستانی بوده و تنها در حدود یک هشتم آن را دشت تشکیل داده. با انتخاب این منطقه سعی بر آن داریم که قابلیت ماهواره در ثبت بارشهاي ناگهانی را بسنجیم.
