بخشی از مقاله
چکیده
تبخیر- تعرق گیاهان یکی از عوامل مهم در چرخه هیدرولوژی و از جمله عوامل تعیین کننده معادلات انرژی در سطح زمین و توازن آب میباشد. بیشتر روشهایی که برای برآورد تبخیر- تعرق ارائه شده است از دادههای نقطهای برای محاسبه تبخیر- تعرق استفاده میکنند، لذا فقط مناسب مناطق کوچک میباشند و قابل تعمیم به سطح یک حوضه بزرگ نیستند. برای رفع این مشکل روشهای مختلفی برای برآورد تبخیر- تعرق بهوسیله دادههای سنجش از دور ارائه شده است که عموما روشهای بیلان انرژی تا روشهای مستقیم تجربی، روشهای قطعی و روشهای مبتنی بر شاخصهای گیاهی را شامل میشود.
در این پژوهش به بررسی الگوریتم توازن انرژی سطح زمین - SEBAL - ، که از جمله روشهای مبتنی بر بیلان انرژی است به عنوان روشی که اخیرا در اکثر نقاط جهان برای تخمین تبخیر- تعرق گونههای مختلف گیاهی مورد استفاده قرار گرفته است پرداخته شد. نتایج بررسی مطالعات گذشته در این پژوهش نشان از کارکرد خوب و قابل قبول الگوریتم سبال در برآورد تبخیر- تعرق دارد.
مقدمه
بخش کشاورزی بزرگترین مصرف کننده آب شناخته شده است. با ادامه افزایش جمعیت، توسعه شهرنشینی و گسترش صنایع تا سال 2025 میزان آب قابل تخصیص به بخش کشاورزی در سراسر دنیا محدودتر خواهد شد. بنابراین اگر میزان سرمایهگذاری در مدیریت پایدار منابع آب طی سالیان آینده کاهش یابد، جهان با کاهش چشمگیری در تولید غذا و افزایش قیمت موادغذایی و بحران های فراوانی در بخش محیط زیست مواجه خواهد شد
با توجه به اینکه کشور ایران از لحاظ اقلیمی جز مناطق خشک و نیمهخشک جهان محسوب شده و بخش کشاورزی سهم بالایی از کل منابع آب مصرفی را به خود اختصاص میدهد درنتیجه بهبود مدیریت منابع آب در بخش کشاورزی بسیار حیاتی به نظر میرسد
تبخیر- تعرق که شامل تبخیر آب از سطح خاک و تعرق پوشش گیاهی میباشد، نشان دهنده یک روند اساسی از چرخه هیدرولوژیکی و یک عنصر کلیدی مدیریت منابع آب، بهخصوص در مناطق خشک و نیمهخشک میباشد.
روشهای مرسوم اندازهگیری تبخیر- تعرق از سطح زمین نظیر نسبت بوون، همبستگی ادی و لایسیمتر برای کاربرد پیوسته در فاصلههای مناسب در منطقه، پرهزینه و وقتگیر هستند، همچنین چون این اندازهگیریها نقطهای بوده، به خاطر شرایط متغیر آب و هوایی و طبیعت پویای فرآیند انتقال آب-گرما، قابل تعمیم به حوضههای بزرگ نمیباشند. گرچه لایسیمترها وسایل دقیقی برای اندازهگیری تبخیر- تعرق میباشند اما مشکلات احداث و هزینه نسبتا زیاد مانع از کاربرد عمومی آنها گردیده است لذا از این وسایل بیشتر در کارهای تحقیقاتی و یا واسنجی دیگر روشهای تخمین تبخیر- تعرق و به عنوان یک روش مرجع استفاده میشود
سنجش از دور این توانایی را دارد که مقدار ET را تخمین بزند و حتی توزیع مکانی آن را بررسی کند، زیرا تنها روشی است که میتواند پارامترهایی نظیر دمای سطحی، ضریب آلبیدو و شاخص پوشش گیاهی را به صورت منطبق یا سازگار با محیط فراهم کند و همچنین از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد.[4] در سالیان اخیر الگوریتمهای متعددی جهت برآورد تبخیر- تعرق با استفاده از تصاویر ماهوارهای ارائه شده است.
ورستاتین و همکاران، روشهای مبتنی بر سنجش از دور در برآورد تبخیر- تعرق را به چهار دسته تقسیمبندی کردند که عبارتند از -1 روشهای مبتنی بر بیلان انرژی در سطح -2 معادله پنمن- مانتیث -3 بیلان آبی -4 رابطه بین شاخصهای گیاهی و دمای سطحی.[6] طی یک دهه اخیر توجه ویژهای به روشهای مبتنی بر بیلان انرژی در سطح برای برآورد تبخیر- تعرق صورت گرفته است و در این زمینه الگوریتمهای متعددی از قبیل سبال - SEBAL - ، متریک - METRIC - ، سبس - - SEBS، سبی - S-SEBI - و غیره ارائه شده است.
در پژوهشی رحیمیان و پورمحمدی، تبخیر- تعرق واقعی گندم را با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS و به وسیله الگوریتم SEBAL برای دشت آزادگان استان خوزستان برآورد کردند. نتایج این تحقیق که به صورت نقشههای تبخیر-تعرق روزانه و فصلی ارائه شد، نشان داد که تبخیر- تعرق واقعی گندم در منطقه مطالعاتی بین 214 تا 440 میلیمتر است.
قمرنیا و رضوانی، با استفاده از الگوریتم SEBAL میزان تبخیر- تعرق را برای دشت بیلهوار برآورد و سپس تبخیر- تعرق حاصله از این روش را با مقدار تبخیر- تعرق واقعی حاصل از روش مرسوم فائو برای محصول گندم در این دشت مقایسه کردند. نتایج نشان داد که همبستگی بالایی - 0/83 - بین این دو روش وجود دارد و الگوریتم SEBAL، توانایی بالایی در تخمین تبخیر- تعرق داراست.
در تحقیقی وگل و همکاران، قابلیت پنج مدل مبتنی بر توازن سطح انرژی را برای تخمین تبخیر- تعرق روزانه گیاه پرمحصول سورگم ارزیابی کردند. در این پژوهش با استفاده از 19 تصویر گرفته شده توسط ماهواره LandSat-8 مقدار تبخیر-تعرق به وسیله پنج مدل مبتنی بر توازن سطح انرژی برآورد شد، سپس این مقادیر با تبخیر- تعرق اندازهگیری شده توسط سیستم EC مقایسه شد. نتایج نشان داد که سه مدل S-SEBI، SEBAL و SEBS از کارایی خوبی در برآورد تبخیر- تعرق برخوردارند و دو مدل METRIC و SSEBOP دقت کافی را در این زمینه ندارند.
در پژوهشی صباح جابر و همکاران، کارایی الگوریتم SEBAL را در تخمین تبخیر- تعرق واقعی گیاه در شهر البابیل عراق ارزیابی کردند. ایشان بعد از دریافت تصاویر ماهوارهای به کمک الگوریتم SEBAL، تبخیر- تعرق واقعی گیاه را برآورد و برای اعتبار سنجی این روش، نتیجه حاصل را با تبخیر- تعرق اندازهگیری شده توسط دادههای موجود در ایستگاه هواشناسی منطقه مورد مطالعه مقایسه کردند. نتایج نشان داد که الگوریتم SEBAL روش موثری در برآورد تبخیر- تعرق واقعی در منطقه مورد مطالعه است
محسنی ساروی و همکاران، به منظور بررسی کارایی مدل سبال در برآورد تبخیر- تعرق مناطق کوهستانی با استفاده از سنجنده مودیس، تبخیر- تعرق در حوزه آبخیز طالقان در 22 روز از سال 2006 را مورد بررسی قرار دادند. نتایج حاصل از مدل سبال با مقادیر اندازهگیری شده توسط لایسیمتر نشان داد که مقادیر برآوردی و اندازهگیری شده از همبستگی بالا - R2=0.88 - برخوردار میباشند
امینی بازیانی و همکاران، به ارزیابی الگوریتم سبال در برآورد تبخیر- تعرق با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 5 در منطقه مطالعاتی دشت همدان بهار واقع در استان همدان و مقایسه آن با روش پنمن-مانتیث پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد که الگوریتم سبال با ضریب همبستگی 0/96، ریشه میانگین مربعات خطا 0/31 - RMSE - و میانگین خطای مطلق 0/26 - MAE - از دقت قابل قبولی برخوردار است
سنجش از دور - RS -
سنجش از دور علم و هنر بدست آوردن اطلاعات درباره یک شی، منطقه یا پدیده از طریق تجزیه و تحلیل دادههای حاصل از ابزاری است که، تماس فیزیکی با شی، منطقه و یا پدیده تحت بررسی ندارد. الگوی مکانی موجود در تصاویر دورسنجی شده به صورت متغیرهای جغرافیایی مانند آب، صخره، خاک، گیاهان و غیره تعبیر میشود. امروزه استفاده از اطلاعات ماهوارهای به تکنولوژی سنجش از دور به عنوان ابزاری کارآمد در اکثر کشورهای جهان جهت بررسی، شناسایی و مدیریت منابع زمینی در کشاورزی دقیق به صورت گسترده مطرح میباشد.
از جمله مواردی که اطلاعات ماهوارهای میتواند به عنوان تامین کننده نیازهای اطلاعاتی پایه و بههنگام، برای استفاده در برنامهریزیهای منابع زمینی مورد استفاده قرارگیرد، شامل تهیه نقشههای کاربری اراضی، پوشش گیاهی منطقه، تشخیص میزان آلودگی آب، تعیین اراضی فاریاب و برآورد سطح زیرکشت محصولات عمده کشاورزی است که با استفاده از تفسیر عکسهای هوایی میتوان نوع اطلاعات برای مدیریت محصول در مراحل مختلف کاشت، داشت و برداشت را بهدست آورد.
اساس کار سنجش از دور
انرژی الکترومغناطیسی یکی از مهمترین نیروهایی است که در سنجش از دور کاربرد دارد و سریعترین وسیله ارتباطی میان اجسام دور و سنجنده میباشد. پرتوهای بازتابی که از نوع امواج الکترومغناطیسی هستند، میتوانند دارای منابع گوناگونی همانند پرتوهای خورشیدی، پرتوهای حرارتی اجسام یا حتی پرتوهای مصنوعی باشند. قویترین منبع تولید کننده این انرژی، خورشید است، که در تمامی طیف الکترومغناطیس، تابش میکند. وقتی انرژی الکترومغناطیسی به زمین میرسد، قسمتی از آن بازتابیده و قسمت دیگری جذب میشود.
سهم بازتاب شده یا جذب و تابش مجدد شده انرژی الکترومغناطیسی، برای مواد مختلف متفاوت است. با اندازهگیری مقدار انرژی الکترومغناطیسی بازتابی و یا تابش شده و مقایسه آن با منحنی های بازتاب طیفی موادی معین، میتوان اطلاعاتی از سطح خشکی و سطح دریاها بدست آورد. در کنار منبع طبیعی تولید انرژی الکترو مغناطیسی که در سنجش از دور غیر فعال کاربرد دارد، انرژی الکترومغناطیسی میتواند بطور مصنوعی نیز تولید شود که آن را اصطلاحا سنجش از دور فعال مینامند انرژی الکترومغناطیسی بعد از برخورد با اجسام، با توجه به ساختار مولکولی آنها این انرژی را بازتاب، جذب یا از آن عبور میدهند. میزان انرژی تابشی با فرمول زیر محاسبه میشود.
