تخمین ترکیبات شیمیایی، غلظت و ارتفاع طوفان های گرد و غبار با استفاده از تصاویر و داده های ماهواره ای MODIS&CALIPSO

طوفان گردوغبار یکی از پدیده های جوی است که آثار و پیامدهای زیست محیطی نامطلوبی برجای می گذارد. بررسی ترکیبات فیزیکی و شیمیایی گردوغبارهای اخیر نشان می دهد این گردوغبارها صرفا متشکل از دانه های خاک، شن، ماسه و ذرات نمک نیستند، بلکه ترکیب پیچیده ای از عناصر شیمیایی اند، عناصری از قبیل فلزات قلیایی خاکی، کربن، سیلیس، آلومینیوم، پتاسیم، کلسیم و برخی دیگر از عناصر آلی مشاهده می شود که تمامی این عناصر می توانند اثرات مضری در سلامت محیط زیست و به ویژه بر موجودات زنده داشته باشند. در این تحقیق شهر اهواز که طی دهه گذشته شاهد طوفان های چندی بوده است، بررسی شد. با استفاده از نمونه های اندازه گیری شده عناصر مورد مطالعه در ایستگاه زمینی و آنالیزهای آزمایشگاهی، محتویات هفت رخداد گردوغبار تعیین شد. تصاویر ماهواره ای MODIS و داده های CALIPSO، به ترتیب، جهت شناسایی عناصر و تعیین غلظت این طوفان ها مورد تحلیل قرار گرفتند. پس از تهیه تصاویر MODIS و انجام دادن تصحیحات مورد نیاز، مقادیر طیفی محل نمونه برداری ایستگاه زمینی روی تصاویر مشخص شد. با استفاده از روش کمترین مربعات و cross-validation مدل سازی ارتباط بین باندهای MODIS و نتایج حاصل از مشاهدات زمینی ایجاد شد. پس از مقایسه و تحلیل نتایج به دست آمده، مشخص شد که برای عنصر سیلیس، نسبت باند ۲۱ به باند ۲۶ با میزان RMSE در حدود ۱.۲۸، شاخص مناسبی جهت تعیین ترکیبات طوفان های گردوغبار با استفاده از تصاویر ماهواره ای MODIS به شمار می رود. همچنین، آلومینیوم از نسبت باند ۲۵ به باند ۲۶ با میزان RMSE در حدود ۲.۰۸، کلسیم از نسبت باند ۲۴ به باند ۲۵ با میزان RMSE در حدود ۲.۳، سدیم از نسبت باند ۲۳ به باند ۲۷ با میزان RMSE در حدود ۰.۴۸ و منیزیم از نسبت باند ۱۵ به باند ۲۴ با میزان RMSE در حدود ۰.۷۸، برای شناسایی این عناصر در تصاویر ماهواره ای MODIS شاخص های مناسبی اند. با توجه به نتایج و شاخص های به دست آمده برای هر عنصر، تعیین ترکیبات و میزان غلظت عناصر موجود در طوفان های گردوغبار، بدون استفاده از نمونه های زمینی و فقط با به کارگیری تصاویر MODIS و روش به دست آمده امکان پذیر می شود. همچنین، با استفاده از داده های ماهواره ای CALIPSO در روزهای مورد مطالعه، مشخص شد که در روزهای گرم سال که نمونه برداری زمینی انجام گرفته، میزان غلظت و تراکم گرد غبار بیشتر از روزهای سرد سال است و ارتفاع گردوغبار به شش کیلومتری سطح زمین می رسد.

Keywords:

طوفان گردوغبار , ترکیبات مواد تشکیل دهنده طوفان ها , داده های ماهواره ای MODIS و CALIPSO