ارزیابی رطوبت خاک سطحی پایگاه های جهانی با استفاده از داده های اندازه گیری شده در اقلیم های مختلف ایران

سابقه و هدف: رطوبت خاک یکی از مهم ترین متغیرهای موردنیاز از جنبه های مختلف تحقیقاتی مانند کشاورزی (محاسبه بیلان آب در خاک، تعیین برنامه آبیاری، شاخص خشکسالی کشاورزی) و هیدرولوژیکی (نفوذ، رواناب، تغذیه) است. داده های رطوبت خاک اندازه گیری شده با وجود اینکه دقیق ترین داده های در دسترس محققین است، دارای معایبی مانند طول دوره ی آماری کوتاه مدت، داده های ناقص زیاد در برخی از ایستگاه ها، نقطه ای بودن آنها و عدم قابلیت تعمیم آنها به یک سطح مانند حوضه آبریز می باشد. داده های رطوبت خاک در پایگاه های جهانی این معایب را نداشته، اما قبل از استفاده دقت آنها باید مورد ارزیابی قرار گیرد. بر این اساس در پژوهش حاضر به منظور بررسی امکان استفاده از داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های جهانی در کشور ایران، دقت داده ها در این پایگاه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق ارزیابی دقت داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های جهانی بر اساس داده های اندازه گیری شده از متغیر رطوبت خاک در اقلیم های مختلف ایران می باشد. مواد و روش ها: بدین منظور ابتدا داده های اندازه گیری شده ی رطوبت خاک در ۴۳ ایستگاه هواشناسی کشاورزی کشور در ۷ عمق مختلف (۵، ۱۰، ۲۰، ۳۰، ۵۰، ۷۰ و ۱۰۰ سانتی متری از سطح خاک) با گام زمانی سه ساعته جمع آوری شد. پس از مرحله ی پیش پردازش روی داده های رطوبت خاک جمع آوری شده، تعداد ۱۴ ایستگاه از اقلیم های مختلف ایران با طولانی ترین و کامل ترین داده های رطوبت خاک برای دو عمق ۵ و ۱۰ سانتی متری با گام زمانی ماهانه طی دوره ی ۲۰۲۱-۲۰۱۴ به منظور مقایسه با داده های پایگاه های جهانی انتخاب شدند. در مرحله ی بعد داده های رطوبت خاک در لایه های مختلف خاک از ۵ پایگاه جهانی مختلف شامل GLEAM۳.۶a، ERA۵، TERRA، MERRA۲ و GLDAS۲.۱ با مقیاس زمانی ماهانه استخراج شد. رطوبت خاک سطحی در داده های اندازه گیری شده، میانگین رطوبت خاک در دو عمق ۵ و ۱۰ سانتی متری و در پایگاه های جهانی، لایه ی اول سطح خاک در نظر گرفته شد. ارزیابی دقت داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های مختلف به تفکیک ۱۲ ماه سال و سری زمانی متوالی ماهانه با استفاده از سه معیار آماری شامل ضریب همبستگی پیرسون (R)، میانگین خطای اریبی (MBE) و خطای جذر میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شده است.یافته ها: در بین ایستگاه های مورد بررسی، بیشترین و کمترین مقادیر ضریب همبستگی مربوط به ایستگاه های کهریز و زهک به ترتیب برابر با ۵۵/۰ و ۰۴/۰ است. در بین فصول سال، بیشترین همبستگی در فصل بهار، ماه آوریل برابر ۵۱/۰، و کمترین همبستگی در فصل تابستان، ماه سپتامبر برابر ۱۱/۰، بدست آمده است. بالاترین همبستگی ها مربوط به پایگاه GLEAM به خصوص در ماه های می، ژوئن، نوامبر و دسامبر است. نتایج معیار MBE حاکی از کم برآورد رطوبت خاک اکثر پایگاه ها در ایستگاه های اقلیم مرطوب و نیمه مرطوب (ایستگاه های گرگان، قراخیل و آمل) دارد. پایگاه GLEAM با محدوده برابر با ]۱۳/۰+ ~ ۰۳/۰-[، کمترین تغییرات MBE را در بین پایگاه های مورد بررسی دارد. به طور میانگین، بیشترین دقت مربوط به پایگاه ERA۵ به خصوص در اقلیم مرطوب با NRMSE برابر ۲۹/۰ می باشد. در کنار آن کمترین دقت در بین پایگاه های مورد بررسی مربوط به پایگاه GLDAS به ویژه در اقلیم خشک با NRMSE برابر با ۱۶/۲ است.نتیجه گیری: نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که دقت پایگاه داده های جهانی رطوبت خاک با توجه به زمان و مکان مورد بررسی متفاوت می باشد. تحقیق حاضر در راستای انتخاب پایگاه داده مناسب با بیشترین دقت و با توجه به تغییرات زمانی- مکانی متغیر رطوبت خاک، نتایج کاربردی را در اختیار محققین قرار می دهد.

Keywords:

اقلیم , ایستگاه هواشناسی کشاورزی , پایگاه داده جهانی , تغییرات زمانی- مکانی , رطوبت خاک سطحی