استخراج شاخص رطوبت سطحي خاك (TVDI) با استفاده از نمودار پراكندگي دما/ پوشش گياهي و تصاوير موديس

پيشينه و هدف رطوبت خاك به عنوان يك پارامتر مهم در كنترل بسياري از فرآيندهاي سيستم آب و هوايي، يكي از پارامترهاي بنيادي محيط زيست و تاثير مستقيم آن بر زندگي گياهي، جانوري و ميكرواورگانيسم‌ها، اهميت آن در چرخه جهاني آب، انرژي و كربن، تبادلات انرژي بين هوا و خاك، چرخه آبي طبيعت (به ويژه در توزيع باران بين رواناب سطحي و نفوذ) و مديريت منابع آب و خاك شناخته مي شود. رطوبت خاك در فرآيندهاي تعاملي بين جو و زمين و تغييرات جهاني اقليم نقش مهمي ايفا مي كند. روش هاي مثلثي و ذوزنقه اي با تركيب داده هاي حرارتي و مرئي، از جمله روش‌هاي پركاربرد در تعيين ميزان رطوبت سطحي خاك مي‌باشند. هدف از انجام اين تحقيق برآورد رطوبت سطحي خاك، با شاخص خشكي دما و پوشش گياهي (TVDI)، به روش مثلثي جنوب استان آذربايجان غربي با استفاده از شاخص دماي سطح زمين (LST) و شاخص پوشش گياهي (NDVI)، طي سال هاي 2010 ، 2014 و 2018، است. مواد و روش ها مطالعه حاضر با استفاده از تصاوير سري زماني سنجنده موديس، شاخص نرمال‌شده تفاضل پوشش گياهي (NDVI) و شاخص تغييرات دماي سطح زمين (LST)، براي برآورد شاخص رطوبت سطحي (شاخص خشكي دما و پوشش گياهي، TVDI)، در سه بازه زماني شامل؛ بازه زماني اول 11 دي 1388 تا 9 دي 1389، بازه زماني دوم 11 دي 1392 تا 9 دي 1393 و بازه زماني سوم  11 دي 1396 تا 9 دي 1397 انجام شد. در هر بازه زماني 12 تصوير در روز 15 ام هر ماه مورد استفاده قرار گرفت. همچنين برآورد رطوبت سطحي به دو روش يكي برقرار كردن رابطه رگرسيوني و برداشتن حداقل دما و روش دوم برقرار كردن رابطه رگرسيوني و پايين پيكسل ها انجام شد. براي ارزيابي دقت اين دو روش از همبستگي رگرسيوني بين نتايج حاصل از اين روش‌ها با نمونه زميني رطوبت سطحي خاك مربوط به جهاد كشاورزي (30 نقطه) در عمق 5 تا 15 سانتي متر استفاده شد. علت انتخاب كردن اين سه سال به دليل تفاوت بارندگي زياد در بعضي ماه هاي سال هاي مورد مطالعه است. اين تحقيق كه با استفاده از تصاوير موديس براي بررسي ميزان رطوبت سطحي خاك، در جنوب استان آذربايجان غربي در بخشي از منطقه غرب ايران با استفاده از روش مثلثي به دو صورت متفاوت انجام شد.  نتايج و بحث نمودار مثلث تبخيري متشكل از شاخص پوشش گياهي و دماي سطح زمين از 11دي ماه 1388 تا 9 دي ماه 1389 تغييرات دماي زيادي رخ داده است. همين تغييراتي دماي سطح زمين باعث شده است، كه نمودارها تغييرات زيادي داشته باشند. در سال 1388 طبق نمودار، حداكثر دما مردادماه و حداقل آن دي ماه و حداكثر پوشش گياهي در ارديبهشت ماه و حداقل آن آذرماه بوده است. در سال 1392، حداكثر دما در مردادماه و حداقل آن دي ماه و حداكثر پوشش گياهي در ارديبهشت ماه و حداقل آن دي ماه و همچنين اين سال نسبت به سال 1388 نسبتاً گرمتر و خشك تر بوده است. نمودار مثلث تبخيري در سال 1398 نسبت به دو سال ديگر مورد مطالعه هم ميزان بارش بيشتر بوده و هم ميزان پوشش گياهي و با توجه به گراف ها در اين سال حداكثر دما در تيرماه و حداقل آن دي ماه و حداكثر پوشش گياهي در ارديبهشت ماه و حداقل آن در دي ماه است. ميزان رطوبت سطحي خاك در سال 1388 براي منطقه غرب كشور ايران كه حداكثر ميزان رطوبت در ارديبهشت ماه و حداقل آن در مردادماه است. در بيشتر نقشه هاي شاخص رطوبتي در سال 1388، حداكثر رطوبت در غرب و حداقل آن در جنوب منطقه است. نتايج نقشه هاي شاخص رطوبتي در سال 1392 در اين سال نسبت به سال هاي ديگر مورد مطالعه نسبتاً خشك‌تر بوده است. سال 1392 از بارش و پوشش گياهي كمي برخوردار است. تغييرات رطوبت در اين سال نسبت به سال 1388 كمتر مي باشد. حداكثر و حداقل رطوبت در سال 1392 بين 0 تا 0.6 است. حداكثر رطوبت خردادماه و حداقل آن مردادماه مي باشد. نقشه هاي شاخص رطوبتي TVDI سال 1396 در اين سال نسبت به دو سال ديگر مورد مطالعه ميزان شاخص رطوبتي بيشتر داشته است. در سال 1396 بارش زياد باعث شده، كه پوشش گياهي افزايش و دماي سطح زمين كاهش يافته و اين مسئله باعث افزايش ميزان شاخص رطوبتي نسبت به سال 1388 و 1392 شده است. در سال 1396 ميزان پوشش گياهي تا حد 0.89 مي رسد. اما در سال هاي ديگر مورد مطالعه تا 0.7 بوده است. در اين سال، بيشترين ميزان رطوبت مربوط به ارديبهشت ماه و كمترين آن در مردادماه قرار دارد. حداكثر رطوبت در طول اين سال در غرب و كمترين مقدار آن جنوب است. نتايج شاخص خشكي دما و پوشش گياهي (TVDI) براي سال هاي 1388، 1392 و 1396 با استفاده از روش دوم نتايج كلي اين روش شبيه به روش اول مي باشد. با توجه به نتايج بدست آمده از ميزان دقت دو تا روش، دقت روش اول بهتر و در كل ساده تر از روش دوم مي باشد. در سال 1396 در ارديبهشت ماه با توجه به روش اول مقدار 0.66=R2 و با توجه به روش دوم مقدار 0.41=R2است. نتيجه گيري برآورد رطوبت خاك سطحي براي مديريت بهينه منابع آب و خاك ضروري است. رطوبت خاك سطحي، متغيري مهم در چرخه آبي طبيعت است كه نقش مهمي در تعادل جهاني آب و انرژي به واسطه تاثير بر فرآيندهاي هيدرولوژيك، اكولوژيك و هواشناسي دارد. بررسي دو تا روش مورد استفاده حاكي از آن مي باشد كه روش اول كه به طور كلي در اين تحقيق نيز مورد استفاده قرار گرفته بود با توجه به نتايج دقت تصاوير نسبت به داده هاي زميني دقت بالاتري برخوردار است. در سال 1388 ارديبهشت ماه و مردادماه با توجه به روش اول مقدار R2 به ترتيب 0.61 و 0.57 است. در سال 1388 مقدار R2 با توجه به داده هاي زميني و استفاده از روش دوم در ارديبهشت ماه و مردادماه به ترتيب 0.43 و 0.47 مي باشد. همچنين، در سال 1396 مقدارR2 با استفاده از روش اول در ارديبهشت ماه 0.66 است. در سال 1396 مقدارR2 با استفاده از روش دوم در ارديبهشت ماه 0.41 است. نتايج به دست آمده از مدل برآورد شاخص رطوبتي سطحي خاك در اين پژوهش نشان داد كه اين مدل قادر به برآورد مقدار رطوبت خاك در پهنه هاي وسيع جغرافيايي با دقت قابل قبول است.