ارزیابی تبخیر و تعرق واقعی روزانه با الگوریتم SEBAL، مطالعه موردی: دشت سگزی اصفهان

مقدمهدشت سگزی در ۴۰ کیلومتری شهر اصفهان با وسعت حدود ۴۰ هزار هکتار، عامل تهدیدی جدی برای این شهر تاریخی محسوب می­ شود. این دشت که تا چند دهه پیش نیزار و مرغزاری نسبتا آباد بوده، اکنون به خطری عظیم به لحاظ تخریب طبیعت و آلودگی محیط زیست تبدیل شده است. دو عامل طبیعی و انسانی در بیابان زایی این منطقه نقش دارند. از عوامل طبیعی، بارندگی کم، تبخیر زیاد، وجود لایه های محدود کننده در خاک و بادهای شدید و از عوامل انسانی، چرای بیش از حد دام، بوته­ کنی، رشد شدید جمعیت و بهره ­برداری بی رویه از منابع موجود، افت آب­ های زیرزمینی و مهم­تر از همه، بهره­ برداری از معادن سطحی موجود به ویژه معادن گچ را می ­توان نام برد. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی کارایی الگوریتم SEBAL برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی دشت سگزی با توجه به موقعیت خشک و نیمه خشک بودن منطقه با استفاده از تصاویر لندست ۸ بود. مواد و روش ­هادر این پژوهش، استخراج اطلاعات مورد نیاز از این تصاویر طی سه مرحله اصلی یعنی پیش­ پردازش، پردازش و پس پردازش صورت گرفت. در مرحله پیش پردازش، پس از انجام تصحیحات اتمسفریک، هندسی و سایر تصحیحات لازم، اقدام به زمین مرجع ­کردن تصاویر شد. در محله پردازش داده ­ها، روش های مختلف بارزسازی و تحلیل های آماری و سنجش از دوری به­ منظور دستیابی به لایه های اطلاعاتی صورت گرفت. به­ منظور ارزیابی نتایج در مرحله پردازش تصاویر، پس ­پردازش داده ­ها بر اساس تحلیل­ های مختلف ارزیابی لایه­ های قابل اعتماد از لحاظ صحت و دقت، انجام گرفت. در مرحله بعد، الگوریتم SEBAL اجرا شد که در این مرحله، ابتدا میزان تابش خالص (Rn) با توجه به دمای سطح زمین و پوشش گیاهی و میزان انرژی های رسیده به زمین محاسبه شد. سپس، شار گرمایی خاک (G) به ­دست آمد تا میزان قابلیت انتقال گرما به داخل خاک مشخص شود. سپس، میزان شار گرمای محسوس (H) که تعیین کننده هدررفت انرژی از خاک به سمت فضا است، تعیین شد. در نهایت، پس از تعیین مقدار شار گرمای محسوس، تبخیر و تعرق محاسبه شد. الگوریتم SEBAL، معادله بیلان انرژی را به منظور محاسبه تبخیر و تعرق واقعی گیاه محاسبه می کند. نتایج و بحثپارامترهای آلبیدوی سطحی (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی ۰.۸۵ و ۰.۱۶)، دمای سطح خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی ۳۲۶ و ۲۹۹ درجه کلوین)، شاخص پوشش گیاهی NDVI (بیشترین وکمترین مقادیر به ترتیب مربوط به نواحی با پوشش گیاهی خوب با ۱+ و پیکره ­های آبی با ۱-)، میزان انرژی خالص رسیده به سطح زمین (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود ۷۰۳ و ۲۱۰ وات بر متر مربع)، شار گرمایی خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود ۱۳۰ و ۳۵ وات بر متر مربع)، شار گرمای محسوس (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود ۳۲۳ و ۲۳ وات بر متر مربع)، تبخیر و تعرق لحظه ­ای (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود ۰.۸۴۲ و ۰.۲۲۵ میلی متر) و تبخیر و تعرق روزانه (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود ۲۰.۲ و ۵.۴ میلی متر) از جمله مهم ترین پارامترهای موثر در الگوریتم SEBAL بود که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفتند. یافته ­های پژوهش در رابطه با نتیجه کاربرد الگوریتم SEBAL با داده ­های ماهواره­ای لندست ۸ نشان داد که الگوریتم SEBAL تبخیر و تعرق را در محدوده هایی که دارای پوشش گیاهی غالبا کشاورزی و باغ هستند، به خوبی پیش بینی کرده است، به طوری که میزان هدررفت آب از طریق بخار را نزدیک به مقادیر ثبت شده ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان (فرودگاه شهید بهشتی) پیش بینی کرده است. میزان خطای به دست آمده در محاسبه الگوریتم  مورد نظر ۰.۱ درصد بوده است. میزان تبخیر و تعرق لحظه ای واقعی در محدوده بین ۰.۲۲ تا ۰.۸۴میلی متر محاسبه شده است که با توجه به شرایط آب و هوایی منطقه و دمای هوای نزدیک به سطح (۲۷ تا ۵۰ درجه کلوین) و مقدار تبخیر و تعرق ثبت شده به روش پنمن-مانتیث (۰.۳ میلی متر در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان)، این مقدار در محدوده معقولی قرار دارد. نتیجه­ گیریمقایسه خروجی های الگوریتم SEBAL با مقدار تبخیر و تعرق به دست آمده در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان که RMSE مقدار ۰.۱ را نشان می دهد، بیانگر مناسب بودن این الگوریتم در محاسبه تبخیر و تعرق در منطقه سگزی است. با توجه به نیاز روزافزون کشور برای جلوگیری از هدررفت یا مصرف مازاد آب در بخش کشاورزی، چه از طریق تغییر الگوی کشت و چه تغییر در روش های آبیاری، به کارگیری الگوریتم SEBAL در این پژوهش، می تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار متخصصین و مدیران بخش آب و کشاورزی قرار دهد. نتایج به دست آمده از اجرای این پژوهش، نشان داد که سنجش از دور با در دست داشتن الگوریتم های متفاوت از جمله الگوریتم SEBAL و کمینه اطلاعات زمینی، دارای پتانسیل مناسبی برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی است.

Keywords:

آلبیدوی سطحی , پیکسل سرد , پیکسل گرم , شاخص NDVI , معادله توازن انرژی سطح