%37تخفیف

برآورد تبخیر- تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم¬های SEBAL , SEBS و تصاویر سنجنده OLI (مطالعه موردی: دشت ناز- ساری)

تعداد 92صفحه در فایل word

گروه مهندسی آب

کارشناسی ارشد در رشته هواشناسی کشاورزی

برآورد تبخیرتعرق واقعی با استفاده از الگوریتم­های SEBAL , SEBS و تصاویر سنجنده OLI (مطالعه موردی: دشت ناز- ساری)

چکیده:

  خشکسالی­های اخیر مشکلات زیادی را در زمینه­ای مدیریت آب به­وجود آورده است. برای جلوگیری و خروج از بحران آب نیاز به مدیریت مناسب منابع آب است. با توجه به کمبود درک اساسی از تنوع مکانی و زمانی از پارامترهای هیدرولوژی، مدیریت منابع آب در حال به یک چالش عمده در بسیاری از کشورهای دنیا تبدیل شده است. از این لحاظ معرفی و شناخت اجزای اصلی و اساسی چرخه هیدرولوژی اهمیت ویژه­ای می­یابد. یکی از پارامترهای مهم در این راستا، تبخیر- تعرق می­باشد. تبخیر- تعرق نشان­دهنده یک روند اساسی از چرخه هیدرولوژیکی و یک عنصر کلیدی مدیریت منابع آب، به­خصوص در مناطق خشک و نیمه‌خشک است. لذا با برآورد تبخیر- تعرق می­توان مدیریت مناسب­تر منابع آب را میسر ساخت. تبخیر- تعرق منطقه­ای است و با توجه به تغییرات مکانی عوامل دخیل در تبخیر، اعم از سطح تبخیرکننده و عوامل محیطی موثر بر آن، در برآورد مقدار تبخیر- تعرق، بایستی اقدام به مدل­سازی توزیعی در مکان کرد. در حال حاضر روش­های سنجش از دور، راه‌حل مناسبی برای به­دست آوردن متغیرهای مختلف در مقیاس­های زمانی و مکانی مورد نیاز به­منظور برآورد تبخیر- تعرق هستند. در این پژوهش از تصاویر سنجنده OLI مستقر بر ماهواره لندست 8 استفاده شد.

یافته­های این پژوهش نشان داد که در مقایسه آزمون T-TEST، بین روش پنمن- مانتیث- فائو و مقادیر برآورد شده با استفاده از الگوریتم سبال با مقدار 83/0 در ناحیه قبول قرار گرفت. و برای الگوریتم سبس با مقدار 74/2 در ناحیه رد می­باشد. همچنین میانگین خطای مطلق (MAD) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) برای مقایسه دو الگوریتم سبال و سبس با روش مرجع صورت گرفت که برای الگوریتم سبال، با میانگین خطای مطلق 238/1 میلی­متر در روز و ریشه میانگین مربعات خطای 384/1 میلی­متر در روز، از دقت قابل­قبولی برخوردار است.  برای الگوریتم سبس با میانگین خطای مطلق 214/1 میلی­متر در روز و ریشه میانگین مربعات خطای 474/1 میلی­متر در روز می­باشد. علارغم تفاوت­های اندک و ضریب همبستگی بالای دو الگوریتم مورد استفاده در برآورد کلی تبخیر- تعرق منطقه مورد مطالعه، الگوریتم سبال نسبت به الگوریتم سبس نتایج بهتری را نشان داد. لذا الگوریتم سبال به­عنوان روشی مناسب­تر جهت برآورد تبخیر- تعرق منطقه مورد مطالعه می­باشد.

کلمات کلیدی: سبال، سبس، دشت­ناز، سنجش از دور، OLI

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                                صفحه

  فصل اول مقدمه و کلیات، …………………………………………………………………………………………………………..1

  • مقدمه، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1

  • فرضیات پژوهش، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

  • اهداف پژوهش، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..3

  • تبخیر- تعرق، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..3

1-4-1 تبخیر- تعرق مرجع، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1-4-2 تبخیر- تعرق واقعی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………4

1-4-3 تبخیر- تعرق پتانسیل، ………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-5 روش­های برآورد تبخیر- تعرق، ……………………………………………………………………………………………………………………………….4

1-5-1 روش­های اندازه­گیری مستقیم، …………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-5-1-1 لایسیمتر، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..4

1-5-1-2 نسبت باون، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

1-5-1-3 همبستگی بادپیچه، …………………………………………………………………………………………………………………………………………5

1-5-2 مدل­ها، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6

1-5-2-1 بیلان آب، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..6

1-5-2-2 مدل هیدرولوژی، …………………………………………………………………………………………………………………………………………….7

1-5-3 روش­های نوین، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………7

1-5-3-1 شبکه عصبی مصنوعی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………7

1-5-3-2 زمین آمار، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….7

  • روش سنجش از دور، ………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-6 سنجش از دور، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….8

1-6-1 اصول سنجش از دور، …………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-6-2 تشعشات (امواج الکترومغناطیس)، ………………………………………………………………………………………………………………………9

1-6-3 طیف الکترومغناطیس، ……………………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-6-4 برهم کنش انرژی با نیوار، ………………………………………………………………………………………………………………………………….10

1-6-4-1 جذب و انتقال، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………10

1-6-4-2 پراکنش نیوار، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

1-6-5 سنجنده­ها، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11

1-6-5-1 سنجنده­های غیر فعال، …………………………………………………………………………………………………………………………………12

1-6-5-2 سنجنده­های فعال، ………………………………………………………………………………………………………………………………………..12

1-6-6 سکوه­ها، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..12

1-6-7 قدرت تفکیک، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-6-7-1 قدرت تفکیک طیفی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………13

1-6-7-2 قدرت تفکیک رادیومتری، …………………………………………………………………………………………………………………………….14

1-6-7-3 قدرت تفکیک زمانی، …………………………………………………………………………………………………………………………………….15

1-6-7-4 قدرت تفکیک مکانی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………16

فصل دوم مروری بر پژوهش­های انجام شده، …………………………………………………………………………………..18

فصل سوم مواد و روش­ها، ……………………………………………………………………………………………………………..23

3-1 منطقه مورد مطالعه و داده های زمینی مورد استفاده، …………………………………………………………………………………………23

3-2 تصاویر ماهواره­ی، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..23

3-2-1 مشخصات ماهواره و سنجنده مورد استفاده، …………………………………………………………………………………………………….23

3-2-2 تصاویر ماهواره­ی مورد استفاده، ………………………………………………………………………………………………………………………..26

3-3 الگوریتم توازن انرژی برای سطح زمین  SEBAL، ……………………………………………………………………………………………..27

3-3-1 شار تابش خالص خورشیدی، ……………………………………………………………………………………………………………………………28

3-3-1-1 سپیدی سطحی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………28

3-3-1-2 تابش موج کوتاه ورودی، ………………………………………………………………………………………………………………………………29

3-3-1-3 تابش موج بلند خروجی، ………………………………………………………………………………………………………………………………30

3-3-1-4 برآورد دمای سطح زمین، …………………………………………………………………………………………………………………………….31

3-3-1-5 انتخاب پیکسل سرد و گرم، ………………………………………………………………………………………………………………………..31

3-3-1-6 تابش موج بلند فرودی، ……………………………………………………………………………………………………………………………….31

3-3-2 شار گرمای خاک، …………………………………………………………………………………………………………………………………………….32

3-3-3 شار گرمای محسوس، ………………………………………………………………………………………………………………………………………32

3-3-4 شار گرمای نهان تبخیر تعرق زمان تصویر، ……………………………………………………………………………………………………..36

3-3-5 کسر تبخیر- تعرق مرجع، ………………………………………………………………………………………………………………………………..36

3-3-6 تبخیر- تعرق 24 ساعته، ………………………………………………………………………………………………………………………………….36

3-4 الگوریتم توازن انرژی برای سطح SEBS، …………………………………………………………………………………………………………….37

3-4-1 آماده سازی داده­های هواشناسی، ……………………………………………………………………………………………………………………..37

3-4-1-1 رطوبت نسبی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….37

3-4-1-2 رطوبت مخصوص، …………………………………………………………………………………………………………………………………………37

3-4-2 آماده سازی نقشه­های ورودی الگوریتم سبس، ………………………………………………………………………………………………..38

3-4-2-1 شاخص سطح برگ، ………………………………………………………………………………………………………………………………………38

3-4-2-2 کسر پوشش گیاهی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………..38

3-4-2-3 گسیلمندی سطح زمین، ……………………………………………………………………………………………………………………………….38

3-4-2-4 ارتفاع پوشش گیاهی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………39

3-4-2-5 زبری سطحی، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..39

3-4-2-6 ارتفاع زبری، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..39

3-4-2-7 شار گرمای محسوس، …………………………………………………………………………………………………………………………………..40

3-4-2-8 تعیین کسر تبخیر- تعرق، …………………………………………………………………………………………………………………………….40

3-5 نرم افزارهای مورد استفاده، ……………………………………………………………………………………………………………………………………40

فصل چهارم نتایج، ………………………………………………………………………………………………………………………..41

4-1 برآورد مقادیر سپیدی سطحی، ……………………………………………………………………………………………………………………………..42

4-2 برآورد دمای سطح زمین، ………………………………………………………………………………………………………………………………………42

4-3 برآورد شار تابش خالص خورشیدی، ……………………………………………………………………………………………………………………..45

4-4 برآورد شار گرمای انباشت شده در خاک، ……………………………………………………………………………………………………………..46

4-5 برآورد شار گرمای محسوس، …………………………………………………………………………………………………………………………………48

4-6 برآورد تبخیر- تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم سبال، ………………………………………………………………………………………49

4-7 برآورد شاخص سطح برگ، …………………………………………………………………………………………………………………………………….56

4-8 برآورد تبخیر- تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم سبس، …………………………………………………………………………………….58

فصل پنچم بحث و نتیجه­گیری، ……………………………………………………………………………………………………..67

5-1 بحث و نتیجه­گیری، ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….67

5-2 پیشنهادات، …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….68

منابع، …………………………………………………………………………………………………………………………………………..69

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                                                                                 صفحه

شکل 1-1 چرخه هیدرولوژی، ………………………………………………………………………………………………………………………………………….2

شکل 1-2 همبستگی بادپیچه­ی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………..6

شکل 1-3 مراحل سنجش از دور، ……………………………………………………………………………………………………………………………………9

شکل 1-4 برهم کنش انرژی فرودی با نیوار، ………………………………………………………………………………………………………………..11

شکل 1-5 انواع سکوه­ها، ………………………………………………………………………………………………………………………………………………..13

شکل 1-6 قدرت تفکیک رادیومتری، ……………………………………………………………………………………………………………………………14

شکل 1-7 جدول رقومی تصویر، ……………………………………………………………………………………………………………………………………15

شکل 1-8 قدرت تفکیک زمانی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………15

شکل 1-9 قدرت تفکیک مکانی،  ………………………………………………………………………………………………………………………………….16

شکل 3-1 موقعیت منطقه مورد مطالعه، ………………………………………………………………………………………………………………………23

شکل 3-2 سیر تکاملی ماهواره­های لندست، ………………………………………………………………………………………………………………..24

شکل 3-3 مسیر حرکت و مدار قرار گیری لندست 8، …………………………………………………………………………………………………25

شکل 3-4 معادله توازن انرژی، ……………………………………………………………………………………………………………………………………..28

شکل 3-5 پایداری در نیوار، …………………………………………………………………………………………………………………………………………..34

شکل 4-1 سپیدی برآورد شده دشت­ناز- ساری، 09/10/1392…………………………………………………………………………………..43

شکل 4-2 سپیدی برآورد شده دشت­ناز- ساری، 16/04/1392…………………………………………………………………………………..43

شکل 4-3 دمای سطح زمین دشت­ناز- ساری، 09/10/1392………………………………………………………………………………………45

شکل 4-4 دمای سطح زمین دشت­ناز- ساری، 16/04/1392………………………………………………………………………………………45

شکل 4-5  شار تابش خالص خورشیدی، 09/10/1392……………………………………………………………………………………………….47

شکل 4-6  شار تابش خالص خورشیدی، 16/04/1392……………………………………………………………………………………………….47

شکل 4-7 شار گرمای انباشت شده خاک دشت­ناز- ساری، 09/10/1392…………………………………………………………………..49

شکل 4-8 شار گرمای انباشت شده خاک دشت­ناز- ساری، 16/04/1392…………………………………………………………………..49

شکل 4-9 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال، 16/04/92……………….51

شکل 4-10 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری، 01/05/92………………………………………………………….51

شکل 4-11 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 17/05/92…………..52

شکل 4-12 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 02/06/92…………..52

شکل 4-13 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 18/06/92…………..53

شکل 4-14 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 03/07/92…………..53

شکل 4-16 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 09/10/92…………..54

شکل 4-17 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 25/10/92…………..55

شکل 4-18 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 17/02/93…………..55

شکل 4-19 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 02/03/93…………..56

شکل 4-20 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 19/04/93…………..56

شکل 4-21 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبال ، 04/05/93…………..57

شکل 4-22 شاخص سطح برگ دشت­ناز- ساری، 25/10/1392………………………………………………………………………………….58

شکل 4-23 شاخص سطح برگ دشت­ناز- ساری، 17/05/1392………………………………………………………………………………….59

شکل 4-24 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 16/04/92……………60

شکل 4-25 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس ، 01/05/92…………..60

شکل 4-26 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 02/06/92……………61

شکل 4-27 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 18/06/92……………61

شکل 4-28 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 03/07/92…………..62

شکل 4-29 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 19/03/92…………..62

شکل 4-30 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 09/10/92…………..63

شکل 4-31 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 25/10/92…………..63

شکل 4-32 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 17/02/93…………..64

شکل 4-33 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 02/03/93…………..64

شکل 4-34 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 19/04/93…………..65

شکل 4-35 تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس ساعتی دشت­ناز ساری با استفاده از الگوریتم سبس، 04/05/93…………..65

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                                                                                 صفحه

جدول 1-1 مشخصات ماهواره­های لندست، ………………………………………………………………………………………………………………….17

جدول 3-1 مشخصات ماهواره لندست 8، …………………………………………………………………………………………………………………….25

جدول 3-2 مشخصات باندهای حرارتی و انعکاسی لندست 8، …………………………………………………………………………………….26

جدول 3-3 مشخصات تصاویر مورد استفاده، ………………………………………………………………………………………………………………..27

جدول 3-4 مقادیر ایسان برای باندهای لندست 8، ………………………………………………………………………………………………………29

جدول 4-1 مقادیر برآورد شده سپیدی برای پیکسل­های سرد و گرم، ………………………………………………………………………..42

جدول 4-2 مقادیر برآورد شده دمای سطح برای پیکسل­های سرد و گرم، ………………………………………………………………….44

جدول 4-3 مقادیر برآورد شده شار تابش خالص خورشید برای پیکسل­های سرد و گرم، …………………………………………..46

جدول 4-4 مقادیر برآورد شده شار گرمای انباشت شده برای پیکسل­های سرد و گرم، ……………………………………………..48

جدول 4-5 مقادیر برآورد شده شار گرمای محسوس برای پیکسل­های سرد و گرم، …………………………………………………..50

جدول 4-6 مقادیر برآورد شده شاخص سطح برگ، ……………………………………………………………………………………………………..57

جدول 4-7 مقادیر برآورد شده تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس روزانه با استفاده از الگوریتم سبال و سبس، …………….57

جدول 4-8 مقایسه آماری نتایج برآورد شده با استفاده از الگوریتم­های سبال و سبس با روش مرجع ، ……………………57

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo