هواشناسی کشاورزی

هواشناسی کشاورزی

مدل‌سازی کربن تبادلی اندازه‌گیری شده به روش کوواریانس تلاطم با تکنیک جنگل تصادفی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دکتری آلودگی محیط زیست ، دانشکده منابع طبیعی و محیط‌زیست، دانشگاه ملایر و و شرکت مهندسی مشاور مهاب قدس، تهران، ایران
2 استاد گروه علو ومهندسی محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه ملایر، ایران.
3 گروه علوم و مهندسی جنگل، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، مازندران، ایران.
4 استادیار، سنجش از دور اکولوژیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شمال، تهران، ایران
5 دانشجوی دکتری علوم اقیانوسی، دانشگاه ویکتوریا، بریتیش کلمبیا، کانادا
6 دکتری جنگلداری، اکولوژی جنگل، اداره کل منابع طبیعی استان البرز، کرج، ایران
10.22125/agmj.2024.459793.1169
چکیده
تبادل خالص اکوسیستمی (NEE) به عنوان شاخصی مهم برای تعیین وضعیت انتقال دی‌اکسید کربن (CO2) بین سطح زمین و اتمسفر، مخصوصا در مبحث تغییرات اقلیمی به شمار می‌آید. علیرغم قابلیت تجهیزات اندازه‌گیری زمینی در سنجش تبادلات کربن، به دلیل محدودیت‌های زمانی و مکانی مشاهدات، از مدل‌سازی برای پیش‌بینی NEE استفاده می‌گردد. در این تحقیق، تغییرات روزانه NEE در چهار تیپ عملکردی گیاهی (PFTs)‌ شامل جنگل پهن‌برگ (DBF)، جنگل سوزنی‌برگ (ENF)، جنگل آمیخته (MF)، و علفزار (GRA) مورد بررسی قرار گرفت. تکنیک جنگل تصادفی (RF) به عنوان یکی از روش‌های یادگیری ماشین با استفاده از چهار متغیر محیطی مانند تابش خورشید، دمای هوا، دمای خاک، و رطوبت نسبی به‌کار گرفته شد. مقادیر اندازه‌گیری شده و مدل‌سازی شده با استفاده از چهار شاخص آماری R²، NSE، Bias، و RMSE مقایسه شدند. نتایج حاکی است که DBF بهترین و GRA ضعیف‌ترین عملکرد را در مدل‌سازی نشان دادند. تحلیل اهمیت نسبی متغیرهای محیطی نیز نشان داد که شدت تابش خورشید بیشترین و رطوبت نسبی کمترین اهمیت را در تمام تیپ‌های عملکردی داشتند. همچنین، در علفزار دمای خاک نسبت به دمای هوا تأثیر بیشتری بر بهبود عملکرد مدل در مقایسه با تیپ‌های جنگلی دارد. نتایج مدل‌سازی همچنین نشان داد که عدم قطعیت یک چالش مهم در مراحل مختلف فنولوژیک در تمامی تیپ‌های عملکردی گیاهی محسوب می‌شود؛ به طوری که طبق تقویم میلادی، عدم قطعیت در فصول رشد و شکوفایی گیاهان طی روزهای 140 تا 220 در تیپ‌های جنگلی و روزهای 120 تا 210 در علفزار به اوج می‌رسد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Modelling Carbon Exchanges Applying Random Forest Technique Based on Eddy Covariance Measurement

نویسندگان English

Hasan Abbasian 1
Eisa Solgi 2
, Seyyed mohsen Hosseini 3
Sayed Hossain Kia 4
Simin Kheradmand 5
Parisa Abbasian 6
1 Ph.D of Environmental Pollution, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, and MahabGhodss Consulting Engineering Co, Tehran, Iran
2 Professor Department of Environmental Sciences and Engineering, Faculty of Natural Resources and Environment, Malayer University, Malayer, Iran
3 Department of Forest Science and Engineering, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Noor, Mazandaran, Iran
4 Assistant Professor, Ecological Remote Sensing, Islamic Azad University, North Branch, Tehran, Iran
5 Ph.D. Student of Ocean Sciences, Victoria University, BC, Canada
6 Ph.D. in Forestry, General Department of Natural Resources and Watershed Management of Alborz Province, Karaj, Iran
چکیده English

Net ecosystem exchange (NEE) serves as an important indicator for assessing how carbon dioxide (CO2) flows between the land surface and the atmosphere, particularly in the context of climate change. Although in situ instruments can monitor carbon exchanges, the temporal and spatial limitations of these observations necessitate the use of modeling to forecast NEE. This study examined daily NEE variations across four plant functional types (PFTs): deciduous broadleaf forest (DBF), coniferous forest (ENF), mixed forest (MF), and grassland (GRA). Using the random forest (RF) method, a machine learning approach, the study incorporated four environmental variables—solar radiation, air temperature, soil temperature, and relative humidity—as inputs for the model. The measured and predicted values were evaluated using four statistical indices of R², NSE, Bias, and RMSE. The results indicated that DBF had the most accurate modeling performance, whereas GRA had the least. An analysis of the relative significance of environmental variables revealed that solar radiation was the most important and relative humidity the least important across all PFTs. Additionally, soil temperature had a more substantial impact on improving model performance in grasslands compared to air temperature, unlike in forest types. The study also highlighted that uncertainty remains a significant issue during different phenological stages across all PFTs; with the highest uncertainty during the growing season occurring between days 140-220 in forest types and 120-210 in grassland, according to the Julian calendar.

کلیدواژه‌ها English

Carbon Dioxide (CO2)
Net Ecosystem Exchange (NEE)
Plant Functional Types (PFTs)
Random Forest (RF)
Uncertainty

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 آذر 1403