بروزرسانی مدل توزیعی رطوبت خاک پالمر با استفاده از داده‌های تبخیر- تعرق پتانسیل حاصل از سنجنده مادیس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان

3 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران

چکیده

رطوبت خاک یکی از مهم­ترین پارامترهای هیدرولوژیکی است که در پایش خشکسالی کشاورزی از اهمیت خاصی برخوردار است. مدل پالمر یک مدل هیدرولوژیک است که در عین سادگی کاربرد گسترده­ای در برآورد انحراف رطوبت خاک و پایش خشکسالی دارد. اخیراً مدل توزیعی پالمر به منظور مطالعه خشکسالی در ایران توسط تعدادی از محققین داخل کشور با انجام اصلاحاتی بر مدل پالمر توسعه داده­ شده ­است. اما آنچه که کمتر مورد توجه قرارگرفته ­است اصلاح روش محاسبه تبخیر- تعرق است که بدون شک تأثیر زیادی بر مقدار رطوبت باقیمانده در خاک دارد. در این تحقیق، به منظور کاهش تأثیر عدم‌‌ قطعیت پارامترهای ورودی مدل در سطح منطقه‌ای، نقشه­های تبخیر- تعرق پتانسیل با قدرت تفکیک مکانی 1 کیلومتر از تصاویر ماهواره‌ای سنجنده مادیس و با استفاده از الگوریتم آهاس استخراج شد و در نهایت در بروزرسانی مدل پالمر مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از مدل توزیعی پالمر، شبیه­سازی رطوبت خاک با و بدون فرآیند بروز‌رسانی در سال­های 80-1379و 85-1384 به عنوان سال­های خشک و تر صورت پذیرفت. نتایج، حاکی از آن بود که شبیه‌سازی همراه با بروز رسانی مدل توزیعی پالمر مقدار ضریب تبیین را نسبت به شبیه‌سازی بدون بروز‌ رسانی افزایش می‌دهد بطوری‌که ضریب تبیین از 304/0 به 5348/0 در ماه خرداد ارتقا یافت. نتایج نشان می‌دهد که ورود نقشه‌های تبخیر- تعرق پتانسیل در دوره خشک بر افزایش دقت نتایج خروجی مدل تأثیر مثبت داشته ‌است در حالی‌که در سال تر، نتایج بهبود چشمگیری نشان ‌نمی‌دهند. بالاترین مقدار ضریب تبیین و کمترین مقدار خطای مطلق در دوره خشک در ماه خرداد و برابر با 53/0 و 0595/0 مشاهده‌ شد که نشان می‌دهد بهترین زمان برای بروز رسانی، استفاده از تصاویر شبیه‌سازی شده تبخیر- تعرق پتانسیل در این ماه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assimilation of evapotranspiration maps derived from Modis satellite data into the Palmer distributed soil moisture model

نویسندگان [English]

  • S. Ojaghloo Shahabi 1
  • M. Vazifedoust 2
  • A. Ashrafzadeh 2
  • N. Pirmoradian 2
  • M. Keshavarz 3
1 M.Sc. Student of Water Engineering, Agricultural Science Faculty, University of Guilan
2 Assistant Professor of Water Engineering Department, Agricultural Science Faculty, University of Guilan
3 Ph. D. Student of Water Engineering Department, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
چکیده [English]

Soil moisture is considered as an important hydrological parameter which has a significant role in agricultural drought monitoring. Palmer model is a lumped hydrological model and has been applied widely for drought monitoring. Recently its distributed version has been developed for regional drought monitoring in Iran, but correction of evapotranspiration methods which definitely have a high effect on soil moisture residual have been less regarded. In this study, potential evapotranspiration derived from MODIS satellite images and AHAS algorithm was used to reduce the uncertainty of the model caused by the input parameters. The soil moisture simulated using both original and developed Palmer distribution model. Results showed that updating Palmer distribution model during simulation increased correlation compared to simulation without any updates as coefficients of determination improved from 0.304 to 0.5348 in June. The results also showed that using potential evapotranspiration maps for dry periods had a positive effect on the model correction, while it had not significantly improvement in wet periods. The highest amount of coefficient of determination (R2) and the lowest amount of absolute error of 0.53 and 0.0595 respectively was observed in dry period (June) which can be recommended as the best time to update the images of simulated potential evapotranspiration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AHAS
  • MODIS
  • Potential Evapotranspiration
  • soil moisture

امین، س.، سلطانی، ع. 1386. تحلیل و تعمیم معادله‌های مرحله رده بندی نمایه خشکسالی پالمر، نشریه دانش کشاورزی، 17(4): 1- 16.

بای بوردی، م. 1380. اصول مهندسی آبیاری. روابط آب و خاک. جلد اول. انتشارات دانشگاه تهران. 709 صفحه.

بداق جمالی، ج.، ج. احمدیان، ج.، جوانمرد، س.، گلمکانی، ت.، ملکی زاده، ص. 1377. ضرورت پایش وضعیت رطوبت خاک در افزایش بهره‌وری آب کشاورزی. یازدهمین همایش کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، 376-390.

جوانمرد، س.، بداق جمالی، ج .، احمدیان، ج.، قهرمان، ن.، موقر مقدم، ح. 1380. محاسبه نمایه شدت خشکسالی پالمر در استان خراسان. اولین کنفرانس ملی بررسی راهکارهای مقابله با بحران آب، دانشگاه زابل.

فتاحی، ا.، وظیفه دوست، م.، کشاورز، م. ر.، نوری، ا. ح. 1390. توسعه و اصلاح نمایه خشکسالی پالمر و صحت سنجی آن به کمک داده‌های ماهواره‌ای رطوبت خاک در ایران. گزارش پروژه، پژوهشکده هواشناسی و علوم جو (ASMERC).

کشاورز، م. ر. 1390. توسعه مدل منطقه‌ای رطوبت خاک در مناطق خشک و نیمه خشک و صحت سنجی آن با داده‌های ماهواره‌ای مادیس. پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه آبیاری، دانشگاه فردوسی مشهد.

مباشری، م. ح. 1386. ارایه روشی جهت معتبرسازی داده های لندست 7ETM+ برای برآورد تبخیر-تعرق پس از معیوب شدن تصحیح نشده خط اسکن (SLC). پژوهش‌های جغرافیایی، 60: 85 - 95.

نوروزی اقدم، ا.، کرمی، و. 1388. بکارکیری فن آوری سنجش از دور در پایش و ارزیابی شبکه‌های آبیاری و زهکشی در حال بهره‌برداری. دوازدهمین همایش کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، 417- 428.

 Alley, W. M. 1984. The Palmer Drought Severity Index: limitation and assumptions. J. Clim. Appl. Meteorol., 23: 1100-1109.

 Almhab, A., Busu, I. 2008. Estimation of evapotranspiration with modified SEBAL model using Landsat-TM and NOAA-AVHRR images in arid mountains area. Sec. Asia Int. Conf. Modelling & Simulation.

Carlson, T., Capehart, W., Gillies, R. 1995. A new look at the simpli-fied method for remote-sensing of daily evapotranspiration, Remote Sens. Environ., 54: 161–167.

Er-Raki, S., Chehbouni, A.,  Duchemin, B. 2010.Combining satellite remote sensing data with the FAO-56 dual approach for water use mapping in irrigated wheat fields of a semi-arid region. Remote Sens., 2)1:( 375-387.

Gabriel, S., Budde, M., Verdin, J. P., Melesse, A. M.  2007. A coupled Remote Sensing and Simplified Surface Energy Balance approach to estimate actual evapotranspiration from irrigated fields. Sensors, 7: 979-1000.

Gabriel, S., Verdin, J. 2001. Using a GIS-Based Water Balance Model to Assess Regional Crop Performance. Fifth International Workshop on Application of Remote Sensing in Hydrology, October 2-5, 2001, Montpellier, France.

 Gabriel, S., Verdin, J. 2003. Characterization of Yield Reduction in Ethiopia Using a GIS-Based Crop Water Balance Model. Can. J. Rem. Sens. 29(6): 687-692.

Gomez, M., Olioso, A., Sobrino, J. A., Jacob, F. 2005. Retrieval of evapotranspiration over the Alpilles/ReSeDA experimental site using airborne POLDER sensor and a thermal camera. Remote Sens. Environ., 96: 399–408.

Karl, T. 1986. The sensitivity of the Palmer Drought Severity Index and Palmer’s Z-Index to theircalibration coefficients including potential evapotranspiration. J. Clim. Appl. Meteorol. 25: 77-86.

Mika J., Horva´th, Sz., Makra, L., Dunkel, Z. 2005. The Palmer drought severity index [PDSI] as an indicator of soil moisture. Phys. Chem. Earth, 30: 223-230.

Palmer, W. C. 1965. Meteorological Drought.Research Paper, No. 45, U.S.Weather Bureau, Washington, D.C. Feb., 58 p.

Priestley, C. H. B., Taylor, R. J. 1972. On the Assessment of Surface Heat Flux and Evaporation Using Large Scale Parameters, Mon. Weather Rev., 100: 81-92.

Quiring S. M., Papakryiakou, T. N. 2003. An evaluation of agricultural drought indices for the Canadian prairies. Agric. Forest Meteorol., 118: 49-62.

Sanchez, J. M., Scavone, G., Caselles, V., Valor, E., Copertino, V. A., Telesca, V. 2008. Monitoring daily evapotranspiration at a regional scale from Landsat-TM and ETM+ data: Application to the Basilicata region. J. Hydrol., 351: 58–70.

Vazifedoust, M. 2007. Development of an agricultural drought assessment system: Integration of agrohydrologicalmodelling, remote sensing and geographical information. Doctoral Thesis, Wageningen University, Wageningen, Netherlands.

Wigneron, J. P., Schmugge, T., Chanzy, A., Calvet, J. C. Kerr, Y. 1998. Use of passive microwave remote sensing to monitor soil moisture a review. Agronomie: Agric. Environ., 18:27-43.