كليدواژه :
بيلان انرژي , دماي سطح خاك , سرارود كرمانشاه , سنجنده MODIS
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: دماي سطح خاك نقشي كليدي در تبادل جرم و انرژي بين سطح خاك و آتمسفر ايفاء مي‌كند و پارامتر ورودي مهمي براي اجراي مدل‌هاي برآورد بيلان‌هاي گرما، رطوبت و كربن در سامانه خاك - گياه - آتمسفر و مدل‌هاي شبيه‌سازي وضع هوا و اقليم در مقياس‌هاي منطقه‌اي و جهاني است و تمامي مؤلفه‌هاي بيلان انرژي در سطح خاك را تحت تاثير قرار مي‌دهد. علي‌رغم اهميت زياد و كاربرد قابل توجه دماي سطح خاك، اندازه‌گيري آن فقط در ايستگاه‌هاي سينوپتيك و بطور ناقص (فقط دماي حداقل شبانه روزي سطح خاك) انجام مي‌شود و لذا لازم است اين متغير مهم توسط روش‌هايي مناسب مورد شبيه‌سازي قرار گيرد. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش، از دو روش بيلان انرژي در سطح خاك و تصاوير ماهواره‌اي جهت برآورد ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك در ايستگاه هواشناسي كشاورزي سرارود كرمانشاه، كه در آن داده‌هاي دماي حداكثر و دماي حداقل شبانه‌روزي سطح خاك به ثبت رسيده‌اند، در بازه زماني 2013 تا 2014 استفاده شد. برآورد ميانگين دماي شبانه‌روزي سطح خاك بر اساس تصاوير ماهواره‌اي، با مد نظر قرار دادن تصاوير سنجنده MODIS تصويربرداري شده در چهار زمان مختلف شبانه‌روز شامل 22:30 شب، 1:30 شب، 10:30 صبح و 13:30 ظهر و با استفاده از نرم‌افزار MRT صورت گرفت و جهت اجراي مدل بيلان انرژي در سطح خاك، از داده‌هاي هواشناسي دماي هوا، بارش، سرعت باد، طول ساعات آفتابي و رطوبت نسبي در مقياس روزانه همراه با برخي ويژگي‌هاي فيزيكي خاك بعنوان ورودي‌هاي مدل استفاده شد و در ادامه كارايي اين دو روش با بكارگيري چند شاخص سنجش خطا مورد ارزيابي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج حاصل از بكارگيري تصاوير سنجنده MODIS نشان داد كه از بين حالت‌هاي تركيبي ممكن از دماهاي سطح خاك در 4 زمان تصويربرداري مختلف توسط اين سنجنده، محاسبه ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك بر اساس ميانگين‌گيري كردن از دماي سطح خاك در سه زمان 22:30 شب، 1:30 شب و 10:30 صبح بيشترين تطابق را با داده‌هاي مشاهداتي ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك دارد و مقدار خطاي مطلق و ضريب تعيين در اين روش جهت برآورد ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك به ترتيب 2/1 درجه سانتيگراد و 0/93 بدست آمد. با بكارگيري مدل بيلان انرژي در سطح خاك جهت برآورد ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك نيز مقدار خطاي مطلق، 1/8 درجه سانتيگراد و ضريب تعيين 0/96 بدست آمد. نتايج حاصل از تحليل سري‌هاي فصلي نشان داد كه با بكارگيري مدل بيلان انرژي در سطح خاك و تصاوير ماهواره‌اي، بيشترين تطابق بين مقادير محاسباتي و مشاهداتي به ترتيب طي فصول تابستان و زمستان رخ مي‌دهد. نتيجه‌گيري: نتايج كلي اين پژوهش بيان‌كننده دقت قابل قبول و مناسب هر دو روش بكار گرفته شده و توصيه روش بيلان انرژي در سطح خاك بدليل دقت بالاتر آن است. بر اين اساس اين امكان وجود دارد كه از روش كلي بكار گرفته شده در اين پژوهش براي شبيه‌سازي دماي سطح خاك در مناطق مختلف استفاده كرد و و از ميانگين شبانه‌روزي دماي سطح خاك برآوردشده براي كاربردهاي مختلفي از جمله بعنوان يك متغير ورودي در مدل‌هاي شبيه‌سازي دما و رطوبت در خاك استفاده كرد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Background and objectives: Soil surface temperature has a key role in the mass and energy interchange between soil and atmosphere and it is an important input parameter to running the heat, water and carbon balance estimating models in the soil-plant-atmosphere system and weather and climate simulating models as well at the regional and global scales and the whole soil surface energy balance components are affected by soil surface temperature. Instead of the high important and remarkable application of soil surface temperature, its measurements is performed just in the synoptic meteorological stations and in an imperfect manner (just the minimum daily soil surface temperature) and so, it is essential to simulate this important variable by appropriate methods.
Materials and Methods: In this research, two methods including soil surface energy balance model and
satellite images were used to estimating daily mean soil surface temperature in the Sararoud-Kermanshah agro-meteorological station which has the recorded data of both maximum and minimum soil surface temperature at the 2013 to 2014 time period. Estimating daily mean soil surface temperature based on the satellite images was performed by considering the MODIS sensor images at four different times including 22:30, 1:30; 10:30 and 13:30 using the MRT software and to running the soil surface energy balance model, the daily meteorological data including air temperature, wind speed, sunshine and relative humidity along with some soil physical properties were used as the model inputs and the efficiency of these methods was evaluated using some evaluating error indices.
Results: By applying the MODIS sensor images, the results showed that from different combination cases of soil surface temperature at the mentioned imaging times, calculating daily mean soil surface temperature based on the averaging of soil surface temperatures at 22:30, 1:30 and 10:30 times was led to gaining the highest agreement with soil surface temperature observations and the absolute error and determination coefficient of this method to estimating daily mean soil surface temperature were 2.1 °C and 0.93, respectively. by applying the soil surface energy balance model to estimating daily mean soil surface temperature, the absolute error and determination coefficient were 1.8°C and 0.96, respectively. The results of the seasonal time series analysis showed that by using the soil surface energy balance model and satellite images, the highest agreement between calculated and observed values was occurred at summer and winter, respectively.
Conclusion: The overall results of this research showed reasonable and appropriate accuracy of both applied methods but the soil surface energy balance model is suggested because of its higher accuracy. Therefore, it is possible to adopt the applied methodology of this research to simulate the mean soil surface temperature in different regions and the estimated values of the daily mean soil surface temperature could be used to different applications such as soil temperature and moisture simulating models as an input variable.
