بهبود الگوریتم ETLook به منظور تخمین تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از داده های سنجش از دور و پایش رطوبت خاک

نوع محتوی: طرح پژوهشی
زبان: فارسی
شناسه ملی سند علمی: R-1639959
تاریخ درج در سایت: 5 اردیبهشت 1402
دسته بندی علمی: مهندسی آب و هیدرولوژی
مشاهده: 244
تعداد صفحات: 218
سال انتشار: 1398

فایل این طرح پژوهشی در 218 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این طرح پژوهشی:

چکیده طرح پژوهشی:

هرگونه تلاش برای بهبود بازده مصرف آب باید بر پایه برآوردهای قابل اطمینان تبخیر و تعرق باشد که این هدف در مناطق خشک و نیمه خشک که تبخیر و تعرق فاکتور غالب در روابط بیلان آب است و نسبت زیادی از بارشهای کم و پراکنده از طریق آن به اتمسفر برمی گردد، از اهمیت بیشتری برخوردار است. از این رو تعیین زمانی و مکانی میزان تبخیر تعرق، بعنوان یکی از مسائل و دغدغه های اصلی کشاورزان و متخصصین هیدرولوژی در این مناطق بیش از پیش نمایان می گردد. از آنجا که یکی از مهم ترین و حساس ترین پارامترهای موثر بر تبخیر و تعرق واقعی، داده های مربوط به رطوبت خاک می باشد، از این رو در این پژوهش الگوریتم سنجش از دور ETLook بکار گرفته شد که این الگوریتم داده های رطوبت سطح خاک را برای تخمین تبخیر و همچنین رطوبت منطقه ریشه را برای برآورد تعرق استفاده می نماید. اندازه گیری زمینی در ۱۰ ایستگاه انتخابی از منطقه دشت رفسنجان از رطوبت سطحی و نیمرخ خاک انجام پذیرفت. ابتدا از داده های رطوبت خاک سطحی حاصل از باند X سنجنده ی مایکروویو AMSR۲ (وضوح ۲۵ کیلومتر) استفاده گردید و کیفیت این داده ها در منطقه ی مورد مطالعه ارزیابی شد. مشاهده گردید که میزان یکنواختی پیکسل ۲۵ کیلومتری ماهواره ای از نظر پوشش گیاهی و فاصله از مرکز پیکسل، بر اختلاف بین رطوبت خاک ماهواره با مقادیر اندازه گیری شده و مقادیر خطاهای بدست آمده اثرگذار بود. در این مطالعه از یک روش ریزمقیاس سازی، با استفاده از پارمترهای سنجنده ی مودیس بمنظور بهبود در ارائه تغییرات مکانی رطوبت خاک سنجنده ASMR۲ استفاده گردید. نتایج نشان داد که مقادیر ریزمقیاس شده ی رطوبت لایه سطحی خاک، تطابق مناسبی با داده های اندازه گیری شده برقرار نمود، بطوریکه ریزمقیاس سازی منجر به کاهش RMSE و MAE و افزایش ضریب همبستگی در محل ایستگاه ها شد. جهت دستیابی به مقادیر رطوبت خاک منطقه ریشه، رابطه تحلیلی رطوبت خاک (SMAR) با لحاظ نمودن مقادیر ریزمقیاس شده ی رطوبت خاک سطحی بکار گرفته شد. بمنظور برآورد مقدار پارامتر هدر رفت آب خاک مدل SMAR (V۲) دو رویکرد در نظر گرفته شد و نتایج حاصل از آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. در رویکرد اول پارامتر V۲ توسط بهینه سازی مطابق با شرایط منطقه و با استفاده از الگوریتم ژنتیک در محیط برنامه نویسی MATLAB، با تابع هدف حداقل جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) که بین رطوبت خاک منطقه ریشه شبیه سازی شده در مدل و مقادیر مشاهداتی انجام پذیرفت. در رویکرد دوم، مدل SMAR با الگوریتم ETLook، تلفیق شده و مدل جدیدی (مدل SMAR-ETLook) معرفی گردید که این مدل با تخمین مقادیر تبخیر و عرق روزانه، به برآورد V۲ و رطوبت منطقه ریشه با وضوح یک کیلومتر می پردازد. با استفاده از الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه ضرایب مدل SMAR-ETLook برای منطقه رفسنجان تعیین گردید. نتایج بدست آمده نشان داد، استفاده از این مدل منجر به دستیابی دقیق تری از مقادیر رطوبت منطقه ریشه، تبخیر و تعرق (با وضوح یک کیلومتر)در دشت رفسنجان گردید. که این روش می تواند مناسب جهت پایش هیدرولوژیکی، بررسی خشکسالی در کشاورزی و مطالعات بیلان آبی باشد.

پیش گفتار طرح پژوهشی

آگاهی از چگونگی توزیع مکانی و زمانی تبخیر و تعرق بعنوان مهم ترین اجزای معادله بیلان آب، در ارتباط با نحوه مدیریت منابع آب و پی بردن به تاثیرات متقابل میان زمین و اتمسفر بسیار ضروری می باشد، این مولفه می تواند به صورت مستقیم و یا غیر مستقیم بر هیدرولوژی حوضه اثر گذارد و عواملی مانند ذخیره رطوبتی خاک، میزان رواناب سطحی و نفوذ آب به آبخوان را کنترل کند. هرگونه تلاش برای بهبود بازده مصرف آب باید بر پایه برآوردهای قابل اطمینان تبخیر و تعرق باشد که این هدف در مناطق خشک و نیمه خشک که تبخیر و تعرق فاکتور غالب در روابط بیلان آب است و نسبت زیادی از بارش های کم و پراکنده از طریق آن به اتمسفر برمی گردد، از اهمیت بیشتری برخوردار است( آبراهام و پارسون، ۱۹۹۴ ؛ گودا و همکاران، ۲۰۰۸ ). از این رو تعیین زمانی و مکانی میزان تبخیر و تعرق ، بعنوان یکی از مسائل و دغدغه های اصلی کشاورزان و متخصصین هیدرولوژی در این مناطق بیش از پیش نمایان می گردد. ایران نیز به عنوان کشوری خشک و نیمه خشک دارای حوضه های خشک بسیاری می باشد که تخمین مولفه های بیلان آب به ویژه تبخیر و تعرق یکی از مسائل اصلی در مدیریت منابع آب و هیدرولوژی این حوضه ها می باشد .

فهرست مطالب طرح پژوهشی

فصل ۱- کلیات

تعریف مساله

ضرورت انجام تحقیق

رطوبت خاک

فرضیات

اهداف پژوهش

ساختار رساله

فصل ۲ - مفاهیم و مروری بر مطالعات گذشته

مقدمه

تبخیر و تعرق

روشهای بالانس آب

روشهای میکرو- هواشناسی

روشهای دورسنجی

روشهای قطعی

محدودیت استفاده از الگوریتمهای .SEBS و SEBAL

الگوریتم ETLook

رطوبت خاک

اندازه گیری زمینی رطوبت خاک

برآورد رطوبت خاک با مدلسازی

روش های سنجش از دور در تخمین رطوبت خاک

محصولات ماهواره ای رطوبت خاک

ریزمقیاس سازی محصولات ماهواره ای رطوبت خاک

ریزمقیاس سازی با استفاده از اطلاعات زمینی

روشهای مبتنی بر مدل

روشهای مبتنی بر ماهواره

برآورد رطوبت منطقه ریشه ی خاک

مدل SMAR

جمع بندی

فصل ۳ - مواد و روش ها

مقدمه

منطقه مورد مطالعه

داده های مورد استفاده

دادههای هواشناسی

داده های دورسنجی

پارامترهای ایستایی

دادههای میدانی رطوبت خاک

ریزمقیاسسازی دادههای رطوبت خاک AMSR

برآورد رطوبت خاک منطقه ریشه بر اساس مدل SMAR

معیارهای آماری ارزیابی

برآورد تبخیر و تعرق

بهبود الگوریتم ETLook

مراحل تکرار برای محاسبه رطوبت منطقه ریشه و تبخیر تعرق در مدل تلفیقی SMAR-ETLook

مقایسه مدل سنجش از دور با داده های مشاهده ای

فصل ۴- نتایج و بحث

مقدمه

انتخاب سال و روزهای مورد مطالعه

تطابق داده های دورسنجی با مقادیر مشاهداتی رطوبت خاک سطحی

ارزیابی دقت داده های دورسنجی AMSR با مقادیر مشاهداتی رطوبت خاک سطحی

ریزمقیاسسازی داده های ماهواره ای رطوبت خاک

برآورد رطوبت خاک منطقه ریشه بر اساس مدل SMAR

پیاده سازی روش تلفیقی (مدل SMAR-ETLook) در دشت رفسنجان

برآوردهای تبخیر و تعرق واقع ی توسط مدل SMAR-ETLook در مقیاس دشت رفسنجان

برآوردهای رطوبت منطقه ریشه توسط مدل SMAR-ETLook

ارزیابی برآوردهای مدل

بررسی شرایط بیلان آبی دشت رفسنجان

نتیجه گیری و پیشنهادات

مقدمه

نتیجه گیری

ارزیابی دقت داده های دورسنجی AMSR

ریزمقیاسسازی داده های ماهواره ای رطوبت خاک سطحی

برآوردهای تبخیر و تعرق واقعی توسط مدل

رطوبت خاک منطقه ریشه

بیلان آبی دشت رفسنجان

پیشنهادات

نمایش کامل متن