بخشی از مقاله
چکیده
گسلها شکستگیهایی در پوسته زمین هستند که در طول آنها تغییر شکلهای قابل توجهی ایجاد شدهاست. شناسایی گسلها، مخصوصاً گسلهایی که در مناطق نزدیک به مراکز جمعیتی و صنعتی قرار دارند، میتواند تمهیدات لازم برای این مناطق جهت ساختوساز و پیشبینیهای لازم را فراهم کند. علم سنجش از دور با استفاده از تشعشع مادون قرمز حرارتی و کاربرد مدل های فیزیکی ابزار مناسبی جهت محاسبه مقدار دمای سطح در نواحی وسیع محسوب میشود. دمای سطح زمین شامل خاک، آب، برف و پوشش گیاهی از جمله متغیرهایی است که در دامنه وسیعی از مطالعات و تحقیقات علوم زمین و محیط زیست کاربرد دارد عموماً دید مکانی وسیعی از آن در پروژهها مورد نیاز است.
فنآوری سنجش از دور امکان پایش مکانی همزمان این کمیت را در سطوح وسیع فراهم می آورد و سری زمانی تصاویر، پیکره پیوسته زمانی -مکانی این متغیر را تشکیل می دهد. در این مقاله با استفاده از این خاصیت گسل که دمای آن از دمای مناطق اطراف کمتر است اقدام به شناسایی گسل شمال تبریز گردیده است. به اینصورت که در ابتدا با استفاده از روش پنجره تکی در محاسبه دمای سطح زمین که با استفاده از تصویر مادون قرمز حرارتی سنجنده ETM+ انجام شده است، نسبت به محاسبه دمای سطح در محدودهای از شهرستان تبریز اقدام شده است و سپس با رسم پروفیلهای عرضی محل عبور خط گسل مشخص گردیده است.
مقدمه
گسل تبریز مهمترین گسل شمال غرب ایران است. این گسل یکی از ساختارهای خطی ایران است که در طول 100 کیلومتری از کوههای میشو - در غرب - تا بستان آباد - در شرق - قابل ردیابی است. بهترین اثر آن در بلا فصل شمال تبریز دیده میشود، به همین دلیل گسل تبریز نامیده شدهاست. حرکات و جابجاییهای این گسل در بوجود آمدن آتشفشانهای سهند نقش داشته است. وجود چشمه-های آب گرم بستان آباد در امتداد این گسل و فعالیتهای لرزه خیزی نشانگر فعال بودن این گسل میباشد.
گسل تبریز در تقسیمبندیهای زون البرز، از نظر زمینشناسی در محدوده زیر زون ماکو- تبریز واقع شدهاست .[16]گسل تبریز دارای راستای شمال غرب - جنوب شرق میباشد و سازکار حرکتی آن راست لغز با مؤلفه شیب لغز معکوس است و صفحه گسلی آن تقریباً به صورت قائم میباشد .[8] این گسل از طرف جنوب شرقی به کوه-های زنجان - سلطانیه میرسد و در شمال تبریز پس از گذشتن از خوی به طرف ماکو و سپس به سمت کوههای آرارات در ترکیه ادامه مییابد .[10]
شناسایی گسلها، مخصوصاً گسلهایی که در مناطق نزدیک به مراکز جمعیتی و صنعتی قرار دارند، میتواند تمهیدات لازم برای این مناطق جهت ساختوساز و پیشبینیهای لازم را فراهم کند. شناسایی گسلها از طریق تصاویر ماهوارهای را میتوان در سه بخش طیف الکترومغناطیس جستجو کرد. در بخش امواج مرئی و مادون قرمز نزدیک که بیشتر مهارتهای تشخیص بصری در شناسایی گسلها کاربرد دارد، و بخش امواج مادون قرمز در محدوده 10 تا 14 کیلومتری که اصطلاحاً سنجش از دور حرارتی نامیده میشود.
سنجش از دور حرارتی شاخهای از سنجش از دور محسوب میشود که در مورد پردازش و تفسیر دادههای بدست آمده در ناحیه مادون قرمز حرارتی طیف الکترو مغناطیسی بحث میکند. در سنجش از دور حرارتی، تابشهای ساطع شده از هدف، اندازهگیری میشود .[6] نیاز به اطلاعات دما در مقیاس وسیع برای مطالعات محیطی و فعالیتهای مدیریتی منابع زمین، بازیابی دمای سطح با استفاده از سنجش از دور را به یک موضوع مهم در دهههای اخیر تبدیل کرده-است .[2]
پژوهشگران علوم مختلف کاربردهای متعددی برای دمای سطح زمین برشمردهاند مثلا - Diak et al,1993 - جهت تخمین جریان گرمای نهان از دمای سطح خاک استفاده کردهاند. محاسبه دمای تاج پوشش گیاهان توسط - Vining et al,992 - ، مطالعه همبستگی بین اثر گلخانهای و دمای سطح بوسیله - Sinha,1995 - ، بهبود و اصلاح مدلها و روشهای سنجش بیلان انرژی سطح زمین - Diak et - al,1993 از دیگر مطالعات دمای سطح خاک است.
انجام مطالعات تعیین دمای سطح زمین در نطقه سیستان - دانش کار آراسته، - 1384 و بررسی ارتباط پوشش گیاهی و توسعه شهری با دمای سطح زمین در مناطق بیابانی - دشتکیان و دهقانی، - 1386، از جمله مطالعاتی است که در ایران صورت گرفته است. پژوهشهای دیگری هم در ارتباط با نوع پوشش گیاهی و لزوم تعیین مقدار دمای سطح انجام شده است که از آن جمله میتوان به مطالعات کاربری و پوشش زمین و ویژگیهای آن در منطقه شهری تبریز - امیری، رضا، - 1384 و همچنین آشکارسازی تنش آبی گیاه نیشکر - جوکار ارسنجانی، جمال، - 1385 اشاره کرد.
ولیزاده کامران - 1380 - برای پهنه بندی خطر زلزله در شهر تبریز و استخراج گسل شمال تبریز با استفاده از تصاویر TM و اعمال فیلتر Sobel اقدام به تشخیص گسل نموده و با بازدیدها میدانی محل عبور گسل را مشخص نموده است. ولیزاده کامران - 1381 - ، کاربرد سنجش از دور حرارتی در شناسایی گسل شمال تبریز با استفاده از تصاویر سنجنده ASTER را بررسی کرده و با توجه به شواهد ژئومورفولوژیکی موجود، اقدام به شناسایی خط گسل کرده است، سپس این خط بر روی تصاویر حرارتی حاصل از پردازش تصاویر سنجیده ETM+ منطبق کرده و در نهایت به پهنهبندی خطر زلزله در حوضه مذکور پرداخت.
علوی پناه و قربانی - - 1386 ضمن مروری بر کاربردهای سنجش از دور بویژه سنجش از دور حرارتی در مطالعات مربوط به زلزله چگونگی واکنش سازندهای زمین شناسی منطقه بم در مقابل امواج زلزله ، شواهد ژئومورفولوژیکی، فعالیتهای تکتونیکی منطقه در طول کواترنر ، مشخصات هندسی گسل بم و آثار آن بر چشم انداز ژئومورفولوژیکی منطقه را مورد مطالعه قرار دادهاند. متکان و همکاران - 1391 - بااستفاده از تصاویر ETM+ و فیلترهای آشکارساز لبه به همراه مطالعات صحرایی نسبت به کشف گسلهای منطقه سیاه بیشه مازندران اقدام کرده و نتایج حاصل را رضایت بخش اعلام نموده اند.
با توجه به موارد اشاره شده تحقیق حاضر دو هدف عمده را دنبال میکند: اول محاسبه دمای سطح زمین در سطح وسیع با استفاده از تصاویر ماهوارهای و تکنیکهای سنجش از دور و دوم بررسی قابلیت این تصاویر در تشخیص و شناسایی یکی از پدیدههای زمین شناسی به نام گسل. در منابع مختلف روشهای متعددی مانند پنجره مجزا، پنجره تکی، تک کانالی و جداسازی درجه حرارت/ گسیلمندی برای محاسبه دمای سطح زمین با استفاده از باندهای حرارتی تصاویر ماهوارهای معرفی شدهاست. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم پنجره تکی Qin و با استفاده از تصویر سنجنده ETM+ اقدام به محاسبه دمای سطح زمین گردیده است.
موقعیت منطقه مورد مطالعه
شهرستان تبریز در مختصات جغرافیایی 45 50 تا 46 36 طول شرقی و 37 42 تا 38 29 عرض شمالی واقع شدهاست. شهر تبریز در جلگه وسیع و در بستر ملایم مهران رود و دره آبی چای قرار گرفته و ارتفاع آن از سطح آبهای آزاد 1340 متر است. این شهر از تمام جهات بجز غرب و شمال با شیبهای تند کوههای اطراف محدود میشود.
واحدهای لیتولوژیکی که شهر بر روی آن بنا شده است عبارتند از واحد ماسه سنگ و مارن قرمز رنگ در شمال و شمال شرقی تبریز، واحد مارنهای سبز خاکستری و قرمز در قسمتهای شرقی شهر، واحد نهشتههای دانه ریز آواری در شرق و شمال شرق، واحد کلنگومرای نیمهسخت در قسمتهایی از مناطق جنوبی، پادگانههای آبرفتی جوان و پشتههای آبرفتی در قسمتهایی از شمال غرب، غرب و جنوب و آبرفتهای عهد حاضر محدوده این ناحیه به صورت دگه باریکی از شرق شهر شروع و از مرکز به طرف شمال غربی شهر ادامه پیدا میکند .[13]
مواد و روش تحقیق محاسبه دمای سطح زمین
در منابع مختلف روشهای متعددی مانند پنجره مجزا، پنجره تکی، تک کانالی و جداسازی درجه حرارت/ گسیلمندی برای محاسبه دمای سطح زمین با استفاده از باندهای حرارتی تصاویر ماهوارهای معرفی شدهاست. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم پنجره تکی Qin و با استفاده از تصویر سنجنده ETM+ اقدام به محاسبه دمای سطح زمین گردیده است. هدف از برنامه لندست ارائه اطلاعات و دادههای سنجش از دور مداوم به دانشمندان و مهندسان برای نظارت و مدیریت منابع زمین است.
دادههای لندست را میتوان به صورت رایگان از سایت سازمان زمینشناسی امریکا دانلود کرد. باند 6 این سنجنده که در محدوده مادون قرمز حرارتی قرار دارد، از لحاظ قدرت تفکیک زمینی دارای بیشترین دقت در میان تصاویر حرارتی موجود هستند و به دو باند 6/1 و 6/2 تقسیم میشوند که دارای طول موج یکسان بوده و در دو حالت Low Gain و High Gain ثبت شده و در اختیار کاربران قرار میگیرد. از باند مادون قرمز حرارتی لندست 7 در مشاهده دما و اثرات آن مانند تغییرات روزانه یا فصلی، تعیین حجم پوشش گیاهی، رطوبت و ... استفاده میشود. در این تحقیق از تصویر مربوط به شماره گذر 168 و ردیف 34 به تاریخ 2000/7/14 و ساعت تصویر برداری 07 :23 :54" استفاده شدهاست.
پیش پردازش تصاویر
تصاویر ماهوارهای که به دست کاربران میرسد مورد یک سری پردازشها قرار میگیرند تا به طور خاص برای کاربر آماده شوند. این پردازشها بسیار متنوع بوده و طیف وسیعی از عملیاتها را در بر میگیرند. تبدیل فرمت، حذف خطاهای رادیومتریک، بهبود کننده است، تصحیح هندسی و ... همگی میتوانند در یک پروژه سنجش از دوری انجام شوند. پس ازاینکه تصویر تحت پردازشهای مختلف قرار گرفت و آماده استخراج اطلاعات شد، آنگاه آنالیزها روی آن انجام میپذیرد .
[15] خطاهای اتمسفری در اثر جذب و پراکنش ذرات اتمسفر پیش میآید. خطاهای اتمسفری باعث محو جزئیات تصویر میشوند و به این وسیله از قدرت تفکیک مکانی سنجیده میکاهند. در این تحقیق از روش تصحیح کلی مربوط به باندهای حرارتی، Thermal Auto Correct در نرمافزار Envi 4.8 استفاده شد. در این روش نیاز به پارامترهای زیادی نیست و تصحیح اتمسفری به طور تقریبی به تصویر اعمال میشود .[15]
روش پنجره تکی
روش پنجره تکی در سال 2001 توسط Qin و همکاران برای محاسبه دمای سطح توسط سنجیده TM لندست 5 ارائه شد و پس از آن با تغییرات اندکی در ضرایب معادلات آن برای دیگر سنجیدهها نیز کالیبره گردید. براساس معادله انتقال تشعشع حرارتی الگوریتم پنجره تکی تنها نیاز به سه پارامتر گسیلمندی، عبور اتمسفری و میانگین دمای مؤثر هوا برای محاسبه دمای سطح زمین است 3720 - ،2001، . - Qin et al باند 6 سنجیده ETM+ لندست 7 تابش را در محدوده طیفی 10/4 تا 12/5 میکرومتر ضبط میکند. دراین تحقیق روش پنجره تکی برای باند 6 سنجیده ETM+ به کاربرده شدهاست.
در مدل مورد استفاده در این تحقیق مقدار دو عامل مورد نیاز است. یکی دمای هوای تردیک سطح که همان دمای هوا در زمان اخذ تصویر توسط ماهواره در ایستگاه هواشناسی در ارتفاع 2 متری از سطح زمین است و دیگری میزان بخار آب موجود در جو در زمان اخذ تصویر که با استفاده از رطوبت نسبی هوا در زمان تصویر برداری محاسبه میشود. این دو عامل سپس به عبور اتمسفری و میانگین دمای مؤثر هوا تبدیل میشوند. سومین عامل مورد نیاز گسیلمندی است که بوسیله شاخص تفاضل نرمال شده و پوشش گیاهی محاسبه میشود. بقیه موارد را میتوان از متادیتای تصاویر بدستآورد.
