مقايسۀ روش‌هاي سنجش از دور برآورد تبخير و تعرق واقعي روزانه با استفاده از تصاوير چندطيفي لندست 8

سابقه و هدف: كشاورزي سنگ بناي اقتصاد جهاني است و به‌مثابه‌ منبع اصلي غذا و مواد خام براي صنايع مختلف عمل مي‌كند. بااين‌حال، تقاضاي فزاينده‌ غذا به‌دليل رشد جمعيت، تهديد قابل توجهي براي امنيت غذايي است، به‌ويژه زماني كه دسترسي محدود به منابع آب شيرين را در نظر بگيريم. شايان ذكر است كه كشاورزي به‌تنهايي حدود 70 درصد از منابع آب شيرين جهان را مصرف مي‌كند، كه بر نياز حياتي براي مديريت و افزايش بهره‌وري آبياري براي تضمين توليد پايدار مواد غذايي تأكيد دارد. در نتيجه مديريت و افزايش بازده آبياري امري ضروري است. در قلب تعيين نياز آب آبياري، مفهوم تبخير و تعرق واقعي محصول (ETa) نهفته است، كه نشان‌دهنده‌ اتلاف آب، تركيبي از تبخير خاك و تعرق گياه است. برآورد دقيق ETa در بهينه‌سازي روش‌هاي آبياري، به حداكثر رساندن عملكرد محصول و به حداقل رساندن مصرف آب بسيار مهم است. براي اين منظور، مدل‌ها و ابزارهاي مختلفي براي تخمين ETa با هدف ارائه روش‌هاي كاربرپسندتر و كارآمدتر براي كشاورزان و پژوهشگران ايجاد شده‌اند. با توجه به مطالعات انجام‌شده و كاربرد وسيع مدل‌هاي برآورد ET، لازم است تمركز بر روش‌هاي دقيق و سريع تعيين اين پارامتر افزايش يابد. لذا هدف اين مطالعه مقايسه‌ روش‌هاي برآورد سنجش از دوري ETa كاربرپسندانه‌تر، از جمله سامانه‌ EEFLUX، ابزار METRICTOOL و روش انتخاب خودكار پيكسل سرد و گرم مدل‌هاي SEBAL و METRIC است.مواد و روش‌ها: Earth Engine Evapotranspiration Flux يا به‌اختصار EEFLUX نسخه‌اي از مدل METRIC است كه بر روي سيستم موتور Google Earth كار مي‌كند. METRICTOOL، ابزاري جديد در ArcGIS براساس مدل METRIC است. اين ابزار پيش‌پردازش و شناسايي خودكار كاليبراسيون بالقوه و معرفي داده‌هاي ورودي را تسهيل كرده، زمان محاسبات را تا ۵۰ درصد كاهش مي‌دهد و جايگزيني كاربرپسندتر از ديگر پلتفرم‌هاي موجود پياده‌سازي مدل METRIC است. روش انتخاب خودكار پيكسل سرد و گرم شامل ايجاد يك نقشه‌ باينري از پيكسل‌هاي واجد شرايط كه با استفاده از يك طبقه‌بندي‌كننده‌ ساده‌ مبتني بر قانون شناسايي مي‌شوند، و استفاده از الگوريتم جست‌وجوي جامع براي شناسايي پيكسل‌هاي گرم و سرد، مطابق با معيارهاي تعريف‌شده است. براي برآورد ET با استفاده از روش‌هاي نام‌برده، از 6 تصوير ماهواره‌اي Landsat 8 در طول دوره‌ كاشت محصول گندم زمستانه‌ مزارع دانشگاه تهران واقع در محمدشهر كرج استفاده شد. ارزيابي روش‌هاي مذكور با استفاده از تبخير و تعرق مرجع يونجه (ETr) با استفاده از روش FAO-Penman–Monteith به‌عنوان داده‌ مرجع انجام شد.نتايج و بحث: RMSE سامانه‌ EEFLUX، ابزار METRICTOOL، SEBAL و METRIC خودكار به‌ترتيب 2.45، 0.33، 0.39 و 2.76 به‌ دست آمد. با توجه به نتايج محصول تبخير و تعرق سامانه‌ EEFLUX به‌رغم اختلاف عددي با ديگر روش‌ها همبستگي معناداري با آن‌ها داشت. مثلاً R2 بين ETa اين سامانه و ابزار METRICTOOL 0.91 برآورد شد. نتيجه آن است كه گرچه داده‌هاي اين سامانه به‌دليل استفاده از داده‌هاي هواشناسي جهاني CFSV2 در ايران براي مطالعات محلي از دقت كافي برخوردار نيستند، اما در مطالعات مناطق با وسعت بالا يا جهاني نتايج قابل قبولي به دست مي‌دهند.  ابزار METRICTOOL و مدل METRIC خودكار بيشترين همبستگي (R2=0.99) و نزديكي عددي را با يكديگر داشتند و به‌ترتيب با RMSE 0.33 و 0.39 دقت بالاتري نسبت به مدل SEBAL خودكار دارند.نتيجه‌گيري: با توجه به نتايج عددي رويكرد انتخاب خودكار پيكسل سرد و گرم مي‌تواند دقت مشابهي در مقايسه با ابزار METRICTOOL داشته باشد. بدين‌ترتيب رويكرد خودكار كارايي مدل را از نظر زمان و بازده افزايش و مي‌تواند خطاي انساني در تخمين تبخير و تعرق را براي كاربران جديد يا بي‌تجربه كاهش دهد و اين مدل‌ها را در دسترس عموم كاربران قرار دهد. همچنين داده‌هاي EEFLUX مي‌توانند در مطالعات با وسعت بالا براي اقدامات مديريتي كارايي لازم را داشته باشند.