كليدواژه :
راديومتري باند-L , رطوبت خاك ماهواره اي , ماهواره اسموس , مايكروويو غيرفعال , نقشه رطوبت خاك
چكيده فارسي :
مقدمه و هدف: رطوبت خاك سطحي يكي از مؤلفه‌هاي اساسي سامانه اقليمي زمين و چرخه هيدرولوژيكي است كه نقش مهمي در كاربري هاي علمي و عملي مختلف نظير پيش بيني عددي هواشناسي، پايش وقايع فرين، مدلسازي هيدرولوژيكي، مطالعات تغييراقليم و مديريت منابع آب دارد. سنجش از دور مايكروويو قابليت منحصربه‌فردي براي برآورد جهاني رطوبت خاك در سطوح گسترده دارد، در اين خصوص ماهواره اسموس آژانس فضايي اروپا اولين ماموريت اختصاصي براي پايش جهاني رطوبت خاك است كه از سال 2009 فعاليت دارد. هدف اين تحقيق استخراج داده هاي رطوبت خاك از محصولات ماهواره اسموس (BEC_L3_SM_SMOS) و توليد نقشه هاي رطوبت خاك در مقياس هاي زماني مختلف براي ايران و نيز ارزيابي تغييرات مكاني و زماني اين داده ها (دوره آماري 2010 تا 2019) براي كشور است.
مواد و روش‌ها: در راستاي هدف تحقيق، يك مدل با استفاده از قابليت هاي Model Builder نرم‌افزار Arc Map به منظور خواندن و استخراج باند رطوبت خاك از محصولات BEC_L3_SM_SMOS ماهواره اسموس و توليد نقشه هاي ميانگين رطوبت خاك براي ايران توسعه داده شد. به منظور بررسي منابع تداخل فركانس راديويي (RFI) محصولات اسموس، نقشه هاي احتمال رخداد RFI اسموس در ايران در دوره آماري مطالعاتي مورد ارزيابي قرار گرفت و مشخص شد كه داده هاي مدار صعودي اسموس در ايران كمترين درصد RFI را دارند. براين اساس از محصولات (ASC) BEC_L3_SM_SMOS براي توليد نقشه هاي رطوبت خاك كشور استفاده گرديد.
يافته‌ها: نتايج حاصل از اجراي مدل توسعه داده شده در تحقيق، دستيابي به نقشه هاي ميانگين ماهانه، فصلي و سالانه رطوبت خاك از محصولات ماهواره ي اسموس طي 10 سال براي ايران است. ارزيابي تغييرات زماني نقشه هاي ميانگين ماهانه رطوبت خاك اسموس بيانگر آن است كه بالاترين مقدار بيشينه ماهانه رطوبت خاك ( m3m-3854/0) در ماه مي رخ داده است. همچنين بيشترين ميانگين ماهانه رطوبت خاك مربوط به ماه هاي فوريه (m3m-3 0/087)، مارس (m3m-3 0/086) و آوريل (m3m-3 0/086) بوده و كمترين ميانگين ماهانه رطوبت خاك در ماه هاي اوت (m3m-3 0/034) و سپتامبر (m3m-3 0/037) رخ مي دهد. ارزيابي نقشه ميانگين سالانه (10 سال) رطوبت خاك كشور، حاصل از داده هاي ماهواره اسموس، نشان داد كه رطوبت خاك بين مقادير كمينه 0/002 و بيشينه m3m-30/78 در سطح كشور متغير بوده و متوسط ميانگين 10 ساله رطوبت سطحي خاك براي كل ايران بر اساس داده هاي ماهواره اسموس برابر m3m-3 0/063 است.
نتيجه گيري: باتوجه به كمبود داده هاي رطوبت خاك در ايران و توانايي ماهواره اسموس در توليد داده هاي رطوبت خاك با كيفيت مطلوب، ميتوان از محصولات اين ماهواره براي كاربردهاي مختلف در ايران استفاده نمود. از نقشه هاي ميانگين رطوبت خاك ماهانه، فصلي و سالانه حاصل از اين تحقيق مي توان در مطالعات منطقه اي مدل هاي هيدرولوژي، بهبود و افزايش دقت مدل هاي پيش بيني هواشناسي، مديريت منابع آب، مطالعات تغيير اقليم، برنامه ريزي آبياري در كشاورزي و هوشمندسازي آبياري دارند.
چكيده لاتين :
Introduction and Objective: Surface soil moisture is an essential variable in the Earth's
climate system and hydrological cycle that plays a crucial role in scientific and practical
applications such as numerical weather forecasting, extreme event monitoring, hydrological
modeling, climate models study, and water resources management. Microwave remote sensing
has a unique capability to retrieve global soil moisture over a wide range; in this context, The
European Space Agency's (ESA) Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite is the first
specific mission to monitor global soil moisture, which has been operating since 2009. This
study aimed to extract soil moisture data from SMOS satellite products (BEC_L3_SM_SMOS),
generate soil moisture maps at different time scales for Iran, and evaluate the spatial and
temporal variations of soil moisture data (from 2010 to 2019).
Material and Methods: In line with the research objectives, we developed a model by Model
Builder in ArcGIS that read and derived soil moisture values from the BEC_L3_SM_SMOS
products and produced average soil moisture maps over Iran. This study evaluated the sources
of Radio Frequency Interference (RFI) in the SMOS products by evaluating RFI probability
maps. The results found that the SMOS ascending orbit products have the lowest RFI in Iran.
This study evaluated the sources of Radio Frequency Interference (RFI) in the SMOS products
by evaluating RFI probability maps. The results found that the SMOS ascending orbit products
have the lowest RFI percentage in Iran. Therefore, we used the BEC_L3_SM_SMOS (ASC)
products to generate the soil moisture maps in Iran.
Results: In this study, the outcomes of the developed model are the preparation of monthly,
seasonal, and annual maps of the average soil moisture for Iran. Evaluation of temporal
variations of the soil moisture monthly average maps shows that the highest maximum monthly
value (0.854 m3m-3) occurred in May. The highest monthly average of soil moisture values was
related to February (0.087 m3m-3), March (0.086 m3m-3), and April (0.086 m3m-3), and the
lowest monthly average of soil moisture values were occurred in August (0.034 m3m-3) and
September (0.037 m3m-3). Evaluation of the annual average map (10 years) obtained from
SMOS data shows that soil moisture varies between the lowest value of 0.002 and the highest
value of 0.78 m3m-3 in Iran. The annual average value of soil moisture is 0.063 m3m-3 based on
SMOS data over Iran
Conclusion: Due to the scarce soil moisture data over Iran and the ability of SMOS to produce
soil moisture data with desirable quality, SMOS products can be used for various applications.
The monthly, seasonal, and annual maps of the average soil moisture obtained in this study can
be used in regional studies of hydrological models, improving weather forecasting models,
water resources management, climate change studies, irrigation schedule, and smart irrigation.
