كليدواژه :
سنجنده موديس , MOD16A2 , تبخير-تعرق پتانسيل , تبخير-تعرق پنمن-مانتيث فائو 56 , تبخير-تعرق پريستلي-تيلور
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: تبخير-تعرق از مهم‌ترين مؤلفه‌ها در بخش زميني چرخه هيدرولوژي است كه به‌عنوان رابط چرخه آب و انرژي، در برهم‌كنش جو و سطح نقش مهمي را بر عهده دارد. دسترسي به تصاوير سنجش‌ازدور امكان مطالعات مكاني و زماني تبخير-تعرق شامل: تبخير-تعرق واقعي (AET) و پتانسيل (PET) را به‌خوبي فراهم كرده است. تبخير-تعرق محصول MOD16A2 سنجنده موديس در بين تصاوير سنجش‌ازدور، به‌دليل توان تفكيك‌هاي بسيار مناسب مكاني (500 متر) و زماني (8 روزه) در مطالعات منطقه‌اي در نواحي فاقد داده مي‌تواند بسيار مفيد باشد.
مواد و روش‌ها: اين پژوهش محصول تبخير-تعرق پتانسيل زميني جهاني سنجنده موديس (MOD16A2) را با دو روش تبخير-تعرق مرجع پنمن-مانتيث فائو 56 و پريستلي-تيلور در ايستگاه‌هاي هواشناسي در دوره زماني 2001 تا 2018 مورد ارزيابي قرارداد. محدوده موردمطالعه واقع در استان‌هاي جنوب غرب ايران (خوزستان و بوشهر)، غرب ايران (استان‌هاي همدان و كرمانشاه) و شمال ايران (استان‌هاي گيلان و مازندران) است كه بر اساس روش يونسكو از خشك تا خيلي مرطوب طبقه‌بندي شد. سپس تبخير-تعرق مرجع پنمن- مانتيث فائو 56 و پريستلي-تيلور با استفاده از داده‌هاي هواشناسي با پكيج Evapotranspiration در نرم‌افزار R و داده‌هاي تبخير-تعرق پتانسيل محصول MOD16A2 از سامانه Google Earth Engine آماده شدند. سپس اين داده-ها بر اساس شاخص‌هاي ارزيابي در اقليم‌هاي متفاوت با يكديگر مقايسه شدند.
يافته‌ها: محصول MOD16A2 تبخير-تعرق را نسبت به هر دو روش پنمن مانتيث فائو 56 و پريستلي-تيلور در تمام تيپ‌هاي اقليمي بيش برآورد مي‌كند و داراي واريانس بيشتري در داده‌ها است. ويژگي‌هاي آماري MOD16A2 شامل: چارك‌هاي اول و سوم در اقليم‌هاي خشك و نيمه‌خشك با تبخير-تعرق پنمن-مانتيث فائو 56 اختلاف كمتري نسبت به روش پريستلي-تيلور دارد، درحالي‌كه چارك‌هاي اول و سوم MOD16A2 در اقليم‌هاي نيمه مرطوب، مرطوب و خيلي مرطوب شباهت بيشتري به تبخير-تعرق پريستلي-تيلور دارد. هم‌چنين MOD16A2 چرخه فصلي تبخير-تعرق را به‌خوبي برآورد مي‌كند، اما تاريخ وقوع بيشينه‌هاي MOD16A2 در تمام تيپ‌هاي اقليمي، اكثراً با يك هفته تقدم رخ مي‌دهد. تبخير-تعرق محصول MOD16A2 در برآورد تبخير-تعرق پنمن-مانتيث (پريستلي-تيلور) در اقليم‌هاي خشك و نيمه‌خشك (نيمه مرطوب تا خيلي مرطوب)، به‌ويژه نيمه‌خشك با زمستان سرد و تابستان گرم (خيلي مرطوب)، به‌دليل خطاهاي كوچك مدل شامل PBIAS و RMSE به ترتيب در محدوده 46/5-40/3 درصد وmm/8d 19/6-14/4 (محدوده 97-72/5 درصد وmm/8d 24/5-18/6) و ضرايب بالاي توافق اصلاح‌شده در محدوده 0/61-0/5 (0/5-0/37)، تبين وزني در محدوده 0/63-0/55 (0/51-0/44) موفق است. هم‌چنين رابطه خطي قوي بين MOD16A2 تبخير-تعرق پريستلي-تيلور و پنمن-مانتيث در اكثر تيپ‌هاي اقليمي، به‌دليل ضرايب همبستگي بالا (بيش‌تر از 0/85) وجود دارد.
نتيجه‌گيري: نتايج اين پژوهش بيانگر عدم قطعيت كمتر تبخير-تعرق محصول MOD16A2 با تبخير-تعرق پنمن مانتيث فائو 56 در اقليم‌هاي خشك و نيمه‌خشك، به‌ويژه نيمه‌خشك است، درحالي‌كه در اقليم‌هاي نيمه مرطوب تا مرطوب MOD16A2 عدم قطعيت كمتري در تبخير-تعرق پريستلي-تيلور دارد. هم‌چنين تبخير-تعرق سنجنده موديس با روش پنمن-مانتيث فائو 56 و در اقليم‌هاي نيمه‌خشك كمترين عدم قطعيت را با توجه به كمترين خطاها دارد؛ بنابراين با توجه به تغييرات اقليمي اخير در خصوص افزايش دما و درنتيجه افزايش تبخير-تعرق، به‌ويژه در نواحي خشك و نيمه‌خشك جهان و پيشنهاد روش پنمن-مانتيث فائو 56 به‌عنوان روش استاندارد برآورد تبخير-تعرق توسط فائو، تبخير-تعرق MOD16A2 مي‌تواند نقش كليدي را در برنامه‌ريزي‌هاي آبياري، مديريت منابع آب و پايش خشك‌سالي در نواحي فاقد داده واقع در اقليم‌هاي خشك و نيمه‌خشك (به‌ويژه نيمه‌خشك) ايفا كند.
چكيده لاتين :
Background and Purpose
Evapotranspiration is one of the most critical components in the land branch of the hydrological cycle, which, as the link between water and energy cycles, plays an essential role in the interaction of the atmosphere and surface. Getting access to remote sensing images has made it possible to study evapotranspiration spatially and temporally, including actual evapotranspiration (AET) and potential evapotranspiration (PET). Evapotranspiration of the MOD16A2 MODIS sensor can be very useful among remote sensing images due to its very appropriate spatial (500 m) and temporal (8 daily) resolutions in regional studies in areas without data.
Materials and Methods
This study evaluated the MODIS global terrestrial potential evapotranspiration product (MOD16A2) using two reference evapotranspiration methods of Penman-Monteith FAO 56 and Priestley-Taylor in meteorological stations from 2001 to 2018. The study area is located in the southwestern provinces of Iran (Khuzestan and Bushehr), west of Iran (Hamedan and Kermanshah provinces), and north of Iran (Guilan and Mazandaran provinces), which is classified from arid to perhumid according to the UNESCO method. Then, Penman-Monteith FAO 56 and Priestley-Taylor reference evapotranspiration was prepared using meteorological data with the Evapotranspiration package R software, and the potential evapotranspiration data of the MOD16A2 product was provided using the Google Earth Engine system. Then, these data were compared based on evaluation metrics in different climates.
Findings
Compared to both the Penman-Monteith FAO 56 and Priestley-Taylor methods, the MOD16A2 product overestimates evapotranspiration in all climate types and has greater variance in data. The statistical properties of the MOD16A2 include: the first and third quarters in arid and semi-arid climates with Penman-Monteith FAO 56 evapotranspiration is less different than the Priestley-Taylor method. In contrast, the first and third quarters of the MOD16A2 are more similar to the Priestley-Taylor evapotranspiration in semi-humid, humid, and perhumid climates. MOD16A2 also estimates the seasonal evapotranspiration cycles well, but the date of the MOD16A2 peaks in all climate types occur mostly with one-week precedence. The evapotranspiration of the MOD16A2 is successful in estimating the Penman-Monteith (Priestley-Taylor) evapotranspiration in arid and semi-arid climates (semi-humid to perhumid climates), particularly semi-arid with cold winters and hot summers climate (perhumid climate), due to the small errors of the model, including PBIAS and RMSE respectively in the range of 40.3-46.5% and 14.19-6.6mm/8d (the range of 72.5-97% and 6-24.5 mm/8d), the high coefficient of the modified agreement index in the range of 0.5-0.61 (0.37-0.5), weighted determination in the range of 0.55-0.63 (0.44-0.51). Moreover, there is a strong positive linear relationship among MOD16A2, Priestley-Taylor, and Penman-Monteith in most climate types, because of their high correlation coefficients (more than 0.85).
Conclusion
The results of this study indicate less uncertainty in evapotranspiration of the MOD16A2 product with the Penman-Monteith FAO 56 method in the semi-arid and arid climates, especially semi-arid climates. In contrast, in the semi-humid to hyperhumid climates, MOD16A2 product has less uncertainty with the Priestley-Taylor method. Also, the MOD16A2 product has the least uncertainty in the semi-arid climates due to the least errors. Therefore, considering the recent climate change in terms of increasing temperature and consequently increasing evapotranspiration, particularly in arid and semi-arid regions around the world, and proposing the Penman-Monteith FAO 56 as the standard method of estimating evapotranspiration by FAO, the MOD16A2 evapotranspiration can play a crucial role in irrigation planning, water resources management, and drought monitoring in the arid and semi-arid climates without any observed dataset, especially semi-arid climates.
