دانلود مقاله برآورد تبخیر و تعرق با استفاده از تصاویر ماهواره Terra سنجندهMODISدر منطقه عمومی گرگان

word قابل ویرایش
22 صفحه
5700 تومان

برخی از منابع:

مباشری، محمدرضا؛ خاوریان نهزک، حسن “۱۳۸۴ تجزِیه و تحلیل روشهای اسـتفاده از مـاهواره در تعیین میزان تبخیر و تعرق” مجله علمی-پژوهشی علوم جغرافیا، دانشگاه تربیت معلم تهران جلد۳ شماره ۳ و.۴
 هاشمی نیا، مجید، ۱۳۷۸، تبخیر، تبخیـر-تعـرق و دادههـای اقلیمـی، چـاپ، نـشر آمـوزش کـشاورزی وابسته به معاونت آموزش و تجهیز نیروی انسانی سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج.

خاوریان نهزک، حسن. “۱۳۸۳برآورد تبخیر و تعرق با اسـتفاده از تـصاویر سـنجنده ” MODIS

پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

 علیزاده، ا، ۱۳۸۲، بهینه سازی سند ملی الگوی مصرف آب کشاورزی ایران (( نیاز خالص آبیـاری

محـصولات زراعـی و بـاغی ایـران))، جلـد :۳ اسـتان گلـستان، سـازمان هواشناسـی کـشور- وزارت جهـاد

کشاورزی، تهران.

 شاهرخی، م، ۱۳۸۲، تصحیح هندسی تصاویر سنجنده MODIS با استفاده از پارامترهـای مـداری، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، تهران.
موقتی، س، ۱۳۸۲، بررسی امکان سـنجش آلـودگی هـوای تهـران بـا اسـتفاده از تـصاویر سـنجنده MODIS، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، تهران.

مقدمه

ترکیب دو فرآیند جداگانه یکی تبخیر و دیگری تعرق پوششهای گیاهی مجموعاً، تبخیر و تعرق (ET)1 را تشکیل میدهد. توانایی در پیشبینی ET ، سرمایهای ارزشمند برای مدیران منابع آبی کشور بشمار میرود که میتواند برای برنامههای توسعه کشت، وضع قوانین مصرف آب و مطالعات هیـدرولوژیکی رودخانـه هـا مفید باشد. محاسبه ET بطریق عملی و آزمایشگاهی با دقت بسیار بـالا و بـا اسـتفاده از روشهـای تـوزین، همبستگی تلاطمی۲ و یا روش نسبت باون۳ امکانپذیر است. اما این روشها تنها مـیتواننـد میـزان ET را در یک نقطه و یا یک منطقه کوچک تعیین کنند و برای ناحیههای وسیعتر قابـل اسـتفاده نیـستند. ایـن محـدودیت باعث ایجاد انگیزه در استفاده از دادههای ماهوارهای برای تعیین ET در سطوح وسیع شـده اسـت. یکـی از الگوریتم هایی که جهت برآورد ET با استفاده از تـصاویر مـاهواره ای مـورد توجـه بـسیار قـرار گرفتـه ، الگوریتم سبال SEBAL  می باشد .

این الگوریتم برای اولین بار توسط [۱] برای برآورد تبخیر از سفره های کم عمق آب زیرزمینی استفاده شد. [۲] این الگوریتم را توسعه داده و بـه منظـور اعتبارسـنجی آن از انـدازهگیـریهـای وسـیع میـدانی در کـشورهای چـین ، هنـد ، اسـپانیا و پاکـستان اسـتفاده نمودنـد. نتـایج نـشان داد کـه در ۸۵ درصـد مـوارد پارامترهای بدست آمده از سبال با اندازهگیـریهـای مزرعـهای بـدون هیچگونـه واسـنجی مطابقـت داشـت. همچنین [۳] روشهای موارد مختلف استفاده از این الگوریتم را مورد بحث قرار داده است.

-۲ مواد و روشها

-۱-۲ منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه در استان گلـستان در محـدوده جغرافیـایی ۵۴/۵۲ تـا ۵۴/۶۹ درجـه طـول شـرقی و ۳۷/۱۷ تا ۳۷/۰۹ درجه عرض شمالی واقع شده است. وسعت این ناحیه، ۱۳۸۷۵ هکتار مـیباشـد کـه مزرعـه نمونه ارتش گرگان و اراضی کشاورزی اطراف آنرا در بر میگیرد(شکل .(۱

در انتخاب منطقه مورد مطالعه چندین عامل در نظر گرفته شد :

۱ EvapoTranspiration 2 Eddy Correlation

Bowen Ratio Technique

۳

۲

-۱ وجود اراضی کشاورزی وسیع -۲ دارا بودن قطعات بزرگ از یک نوع کشت جهت انتخاب پیکسل سرد

-۳ وجود حداقل یک قطعه وسیع زمین کشاورزی تحت آیش و خشک جهت انتخاب پیکسل گرم -۴ هموار بودن منطقه

شکل (۱) موقعیت مکانی منطقه مورد مطالعه

-۲-۲ داده های مورد استفاده

تصاویر ماهوارهای مورد استفاده شامل تصاویر MODIS در تاریخهای ۵ می (ساعت ۱۱:۲۴ صبح) و ۷ ژوئن (ساعت ۱۲:۰۹ صبح) ۲۰۰۳ میلادی تهیه شده از سازمان فضائی ایران، تـصویرIRS − LISSIII در تاریخ ۱۱ می ۲۰۰۳ تهیه شده از سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح، نقشه توپوگرافی در مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ و گزارشها و داده های هواشناسی تهیه شده از سازمان هواشناسی کشور و اداره هواشناسی گرگان میباشد.

-۱-۲-۲ تصحیحات داده های ماهواره ای

۳

تصحیح هندسی دقیق تصاویر با قدرت تفکیک مکانی پایین مثل MODIS بسیار کار مشکلی است بعلـت اینکه یافتن نقاط برداشت شده زمینی در روی تـصویر امکـان پـذیر نیـست. تـصحیحات هندسـی در طـی دو مرحله بر روی تصاویر MODIS اعمال شد. ابتدا تصاویر با استفاده از پارامترهای مداری تصحیح گردیدند که این عمل با استفاده از نرم افزار Scan magic در محل سازمان فضائی ایران انجام شد. مرحله بعـدی تصحیح با استفاده از تصویر تصحیح شده IRS-LISS III انجام شد. علت استفاده از تـصویر IRS-LISS III برای انجام تصحیح اینست که با توجه به فاصله زمانی نزدیک بـین ایـن تـصویر و تـصویر ۵ MODIS می، پوشش سطحی چندان تغییر نکرده و امکان یافتن نقاط مشابه در دو تصویر بیشتر و آسانتر است. عمـل تصحیح بر روی تصویر IRS-LISS III نیز در دو مرحله انجام شد: ابتـدا تـصاویر بـا پارامترهـای مـداری تصحیح شده که این عمل در محل سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح انجام شـد. مرحلـه بعـدی تـصحیح بـا انتخاب نقاط کنترل از نقشه توپوگرافی ۱: ۵۰,۰۰۰ انجام شد که عمل تصحیح با روش چندجمله ای درجه یک و بازنویسی تصویر با روش نزدیکترین همسایگی صورت پذیرفت و از نقاط برداشـت شـده زمینـی (کـه بـه منظور مشخص کردن پیکسل های شاخص برداشت شده بود) به عنوان نقاط آزمون استفاده شد.

-۲-۲-۲ جمع آوری داده های هواشناسی

ایستگاه سینوپتیک هاشم آباد گرگان بعنوان ایستگاه مبنا انتخاب گردید و پارامترهای هواشناسی ساعتی شامل تابش خورشیدی، رطوبت نسبی، سرعت باد و دما در روزهای گذر مـاهواره از انـدازه گیریهـای ثبـت شده توسط این ایستگاه برای روزهای مورد نظر، استخراج گردید. همچنین برای بررسی وضـعیت بارنـدگی منطقه در روزهای قبل از گذر ماهواره نیز از آمار مربوطه استفاده گردید.

-۳-۲ الگوریتم توازن انرژی برای سطح زمین (SEBAL)

با صرفنظر کردن از مقدار جزئی انرژی که صرف فتوسنتز و ذخیره گرما در گیاه میشود معادله توازن انرژی را میتوان بصورت زیر بیان کرد:

۴

Rn  G  H  λET (1)

که Rn تابش خالص، G شار گرمای خاک، H شارگرمای محسوس و λET شارگرمای نهان است. تمامی

واحدها بر حسب W/m2 میباشند.

الگوریتم توازن انرژی برای سطح زمین (سبال)، شارهای گرمای سطحی را هم بـصورت لحظـهای و هـم بصورت ۲۴ ساعته محاسبه میکند. شار گرمای نهان، انرژی مورد نیاز برای تبخیر و تعرق را نشان میدهد

و بصورت باقیمانده معادله توازن انرژی سطحی محاسبه میشود:

λET  Rn − G − H (2)

شار تابش خالص در سطح  R n با اسـتفاده از تمـامی شـارهای تابـشی فـرودی و خروجـی از سـطح

بدست میآید :

(۳) Rn  ۱− α Rs↓  RL↓ − RL↑ − ۱− ε ۰ RL↓
که α آلبیدوی سطحی، R s↓ تابش موج کوتاه فرودی W/m 2 ، R L↓ تابش موج بلند فرودی  W/m 2 ،
R L↑ تابش موج بلند خروجی W/m 2 و ε ۰ گسیلمندی سطحی باند پهن میباشد.

آلبیدوی سطحی با تصحیح مقـدار آلبیـدوی بـالای جـو ( (α toa بـرای اثـرات ناشـی از عبـور از اتمـسفر

محاسبه میشود:
(۴) toa − α path _ radiance α α 
τ ۲sw
که α toa آلبیدوی بالای جو، α path _ radiance آلبیدوی معادل تابش مسیر و τ sw ضریب شفافیت اتمـسفری
است.
α toa بصورت زیر محاسبه میشود:
(۵) α toa  ∑ωλ  ρ λ 
که ρ λ انعکاس هر باند و ωλ ضریب وزنی برای هر باند است که بصورت زیر محاسبه میشود :
(۶) ESUNλ ωλ 
∑ESUNλ
که ESUNλ میانگین تابش فرودی خورشـید در بـالای اتمـسفر بـرای هـر بانـد اسـت و بـصورت زیـر
محاسبه میشود:
۴πR2 B ESUNλ 
(۷) λ s
۴πRe2

۵

کــه Bλ تــابش جــسم ســیاه (خورشــید) در دمــای معــین ۵۷۶۰) درجــه کلــوین)، Rs شــعاع خورشــید

۰٫۷  ۱۰۶ km2  و R e متوسط فاصله زمین تا خورشید  ۱۴۹٫۶  ۱۰۶ km2 میباشد.

مقادیر α path _ radiance بین ۰/۰۲۵ تا ۰/۰۴ قرار دارند. در سبال مقدار ۰/۰۳ براساس کار انجام شده

توسط [۴] پیشنهاد شده است.
τ sw بر اساس رابطه مبتنی بر ارتفاع که در [۵] آمده است، محاسبه میشود:
(۸) τ sw  ۰٫۷۵  ۲  ۱۰−۵  z

که z ارتفاع از سطح دریا بر حسب متر است. این ارتفاع بایستی به بهتـرین نحـو، معـرف ارتفـاع منطقـه

مورد نظر باشد که برای این کار ارتفاع ایستگاه هواشناسی بعنوان ارتفاع معرف، توصیه شده است.

تابش فرودی موج کوتاه، شار تابش خورشیدی مستقیم و پراکنده است که واقعاً بـه زمـین مـیرسـد. بـا

فرض شرایط آسمان صاف، می توان آنرا بصورت زیر برای زمان تصویر محاسبه کرد:

Rs↓  Gsc  cosθ  dr  τ sw (9)

که Gsc ثابت خورشیدی  ۱۳۶۷W/m2 ، cosθ کسینوس زاویه فرودی خورشـید، dr معکـوس مربـع فاصله نسبی زمین تا خورشید و τsw ضریب شفافیت اتمسفری است. مقادیر R s↓ بین ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ وات بر

متر مربع بسته به محل و زمان تصویر فرق میکند.

تابش موج بلند فرودی، شار تابش حرارتی از آسـمان بـسمت پـایین اسـت  W / m 2 کـه بـا اسـتفاده از

رابطه زیر محاسبه میشود:

RL↓  ۰٫۸۵ − lnτ sw .۰۹  σ  T 4cold (10)

که τ sw ضریب شفافیت اتمسفری مـوج کوتـاه، Tcold دمـای سـطحی پیکـسل سـرد و σ ثابـت بـولتزمن

۵٫۶۷ ۱۰−۸W / m2 / K 4  میباشد.
RL↑ با استفاده از معادله استفان – بولتزمن محاسبه میشود:

RL↑  ε ۰  σ  Ts4 (11)

که ε ۰ گسیلمندی سطحی باند پهـن (بـدون بعـد)، σ ثابـت بـولتزمن  ۵٫۶۷ ۱۰−۸W / m2 / K 4 و Ts

دمای سطحی  K است. مقادیر RL↑ بسته به محل و زمان تصویر از ۲۰۰ تا ۷۰۰ وات بر متـرمربـع تغییـر میکنند.

۶

شار گرمای خاک، انرژی استفاده شده برای گرم کردن خاک است و بـا اسـتفاده از معادلـه تجربـی زیـر

محاسبه میشود.

۴  ۰٫۰۰۳۸α۰ .۰۰۷α۲۱−۰٫۹۸NDVI T  G
(۱۲) s
α R
n

که Ts دمای سطحی  C ، α آلبیدوی سطحی و NDVI شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی است. شار گرمای محسوس، میزان هدر رفت گرما به هوا بوسیله همرفت و هدایت مولکولی بعلت اخـتلاف دمـا

میباشد که با استفاده از معادله زیر محاسبه میشود:

(۱۳) ρC p dT H 

کــه ρ چگــالی هــوا  kg / m 3 ، rah
C p گرمــای ویــژه هــوا  ۱۰۰۴J / kg / K ، K  dT اخــتلاف دمــای
T1 − T2  بین دو ارتفاع  z 2و z1 و rah مقاومت آئرودینامیکی برای انتقال گرماست . s / m

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 22 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد