تبخیر-تعرق یکی از مولفه های مهم بیلان آب در یک حوضه ی آبریز می باشد. در دهه های اخیر، روش ها و مدل های زیادی برای تخمین نرخ تبخیر-تعرق واقعی بر اساس داده های حاصل از سنجش از دور توسعه داده شده است. در این راستا، استفاده از معادله بیلان انرژی در سطح زمین منجر به توسعه ی مدل های بیلان انرژی سطح (SEB) از قبیل SEBAL و METRIC شده است. با وجود استفاده گسترده از این الگوریتم ها، کماکان در به کارگیری آن ها چالش هایی از قبیل پیچیدگی الگوریتم و فرآیند زمان بر انتخاب پیکسل گرم و سرد توسط کاربر با تجربه، وجود دارد. هدف از این پژوهش، توسعه و معرفی جعبه ابزاری جدید در محیط MATLAB برای تخمین نرخ تبخیر-تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم METRIC و تصاویر Landsat 8 است که بر خلاف مدل های قبلی توسعه داده شده، انتخاب پیکسل گرم و سرد به صورت خودکار انجام می پذیرد. همچنین به کمک این جعبه ابزار، تبخیر-تعرق ماهانه برای دشت ارومیه در سال 2016 میلادی تخمین زده شده و با نتایج مطالعات پیشین در این دشت با استفاده از تصاویر سنجند ه مودیس مقایسه گردیده است تا کارایی استفاده از تصاویر با قدرت تفکیک مکانی بالا در مطالعات کاربردی مربوط به مدیریت آب و کشاورزی تبیین گردد.

الگوریتم سبال ابزاری است که از آن برای تخمین توزیع مکانی تبخیر- تعرق واقعی با استفاده از تصاویر ماهواره ای از جمله مودیسو لندست استفاده می شود. اگرچه تصاویر لندست دارای توان تفکیک مکانی بالاتری نسبت به تصاویر مودیس هستند (30 متر در برابر 1000 متر)، اما توان تفکیک زمانی آن ها نسبت به تصاویر مودیس کمتر است (هر 16 روز در برابر هر روز). از طرف دیگر، تصاویر هر روزه مودیس به دلیل مشکلاتی از قبیل ابرناکی ممکن است همیشه قابل استفاده نباشد و همچنین تفسیر تصاویر متعدد به شدت زمان بر است. در این مطالعه از بین تصاویر هر روزه مودیس تصاویری انتخاب شد که بتواند تغییرات ناگهانی جوی و بارش های رخداده را پایش نموده تا بتوان با کاهش زمان مورد نیاز برای تفسیر تصاویر ماهواره ای بدون از دست دادن اطلاعات مفید تصاویر، به تخمینی بهتر از تبخیر- تعرق واقعی دست یافت. با توجه به اهمیت انتخاب پیکسل های سرد و گرم و به دلیل اینکه انتخاب این پیکسل ها نیاز به مهارت زیادی دارد و زمانبر می باشد، در این مطالعه از الگوریتم انتخاب خودکار پیکسل سرد و گرم (بدون دخالت کاربر) با کمک تصاویر لندست استفاده شد. در نهایت برای تخمین تبخیر- تعرق سالانه از روی تصاویر روزانه، علاوه بر استفاده از روش درون یابی خطی بین تصاویر، از روش خطی- لگاریتمی نیز استفاده شد. تبخیر- تعرق به دست آمده از الگوریتم سبال با شرایط توصیف شده در بالا، با تبخیر- تعرق حاصل از معادله بیلان آب و خروجی مدل SWAT برای سه سال تر (1384-1383)، نرمال (1385-1384) و خشک (1387-1386) در حوضه نیشابور- رخ مقایسه شد. همچنین برای صحت سنجی نتایج از چارچوب بادیکو نیز استفاده شد. بر اساس نتایج به دست آمده، در مقایسه با مدل SWAT، روش خطی- لگاریتمی نتایج بهتری ارائه داد MAE  MBEو ،RMSE) برای روش خطی- لگاریتمی به ترتیب 20.4، 0.09 و 18.4 میلیمتر در سال و برای روش خطی به ترتیب 21.8، 2.4-، 20.8 میلیمتر در سال بود). نتایج همچنین نشان داد که انتخاب خودکار پیکسل سرد و گرم در الگوریتم سبال، نتایج قابل قبولی برای تخمین تبخیر- تعرق واقعی در مقیاس زمانی سالانه و مقیاس مکانی کل حوضه به همراه دارد. اما در مقیاس های کوچکتر مکانی (واحدهای پاسخ هیدرولوژیکی) و زمانی (ماهانه) نتایج الگوریتم سبال با خروجی مدل SWAT همبستگی خوبی ندارد. نتایج همچنین گواهی داد که با وارد کردن عمق آبیاری در منحنی های بادیکو، تبخیر به دست آمده توسط الگوریتم سبال و مدلSWAT  از چارچوب بادیکو تبعیت می کند.

بخش کشاورزی بزرگترین مصرف کننده آب شناخته شده است. با توجه به محدودیت منابع آب لازم است اصلاح بهره وری آب در این بخش صورت گرفته و مفهوم بهره وری آب در بخش کشاورزی در بین سیاستگذاران بخش آب و غذا در سطح وسیع و در حوضه آبریز دشت ها مورد توجه قرار گیرد. سنجش از دور ابزاری است که در دهه های اخیر در ارزیابی و مدیریت آب و خاک مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق نیز از این ابزار برای برآورد بهره وری آب استفاده شده است. مقادیر تبخیر و تعرق و ماده خشک تولیدی در دشت قزوین با استفاده از الگوریتم سبال و برای 5 تصویر گرفته شده از ماهواره لندست 5 محاسبه شد. نتایج اجرای الگوریتم سبال در هر پنج تصویر با داده های لایسیمتر زهکش دار موجود در منطقه مورد ارزیابی قرار گرفت که مقدار ضریب تبیین (R2) آنها 0.9948 و میانگین تفاضل مطلق آن ها 0.446 میلی متر بر روز به دست آمد. این نتیجه نشان از دقت مناسب روش سنجش از دور در تخمین تبخیر و تعرق در سطح دشت دارد. علاوه بر این، نتایج نشان داد که بهره وری آب در سطح دشت از 0.18 تا 1.35 کیلوگرم بر مترمکعب متغیر است. میزان بهره وری آب برای گندم در سطح دشت با تصاویر ماهواره ای لندست 5 به طور متوسط 0.73 کیلوگرم بر مترمکعب و از طریق لایسیمتر گندم، 0.85 کیلوگرم بر مترمکعب به دست آمد که همدیگر را تایید می کنند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

هدف از انجام این پژوهش، برآورد تبخیر و تعرق واقعی دشت سیستان با استفاده از فناوری سنجش از راه دور و تصاویر ماهواره ای سنجنده ی مودیس و بررسی کارایی مدل بیلان انرژی سطحی SEBS در برآورد تبخیر و تعرق واقعی روی محدوده ی مطالعه شده است. برای این منظور شارهای سطحی بیلان انرژی برای هر پیکسل تصویر محاسبه و مقدار تبخیر و تعرق واقعی به صورت باقی مانده ی معادله ی توازن انرژی در سطح برآورد شد. سپس نتایج برآورد شده با نتایج اطلاعات زمینی دو نقطه شامل ایستگاه های سینوپتیک زهک و ایستگاه مخزن چاه نیمه ی 1 مقایسه شد. نتایج نشان داد مطابق نقشه ی توزیع مکانی تبخیر تعرق لحظه ای، بیشترین میزان تبخیر برای سطح پیکره های آبی از جمله مخازن چاه نیمه و قسمتی از تالاب هامون است. این میزان برابر 13/1 میلی متر بر ساعت است. مناطق کشاورزی دشت سیستان نیز با داشتن توزیع میزان تبخیر بین 5/0 تا 1 سهم زیادی در تبخیر-تعرق منطقه دارد. مقایسه و ارزیابی نتایج مدل SEBS با دو نقطه ی زمینی با معیارهایی مانند میانگین درصد اختلاف مطلق، ریشه ی میانگین مربع اختلافات و معیار ضریب همبستگی نشان می دهد مدل SEBS عملکرد خوبی در سطح زمین و آب دارد.

به منظور بررسی تأثیر تغییرات اقلیم آتی در تبخیر و تعرق واقعی و آب موجود در خاک در محدودة حوضة تالار واقع در بخش مرکزی استان مازندران، سال آبی 20032004 تا 20062007 به مدت چهار سال برای واسنجی و سال آبی 20082009 تا 20092010 به مدت دو سال برای اعتبارسنجی مدل SWAT درنظر گرفته شد. بدین منظور، از مدل 5 LARS-WG، که یکی از مشهورترین مدل های مولد داده های تصادفی وضع هواست، برای تولید سری-سناریو های مختلف مربوط به IPCC (کمیسیون بین الدول تغییر اقلیم مربوط به سازمان ملل متحد) جهت پیش بینی دما و بارش آتی استفاده شد. پس از تغییر دما و بارش روزانه برای ایستگاه های یادشده، این مقادیر تغییریافته به مدل SWAT وارد و مدل یک بار دیگر اجرا شد. بر طبق یافته های این پژوهش، میانگین روزانه (به سال) تبخیر و تعرق در همة دوره های واسنجی و اعتبارسنجی دارای افزایشی کلی در همة این دوره هاست و تبخیر و تعرق در بیشتر ماه های آتی بیش از وضعیت امروزی خواهد شد. در مورد آب موجود در خاک نیز، بررسی ها نشان دهندة روند نامنظم در مقدار کاهش و افزایش آب خاک بوده است.

با توجه به اهمیت تبخیر- تعرق در چرخه هیدرولوژی و کاربردهای متنوع آن در علوم مختلف، محاسبه مقدار آن بویژه، تبخیر- تعرق واقعی از اهمیت بالایی برخوردار است. منطقه مورد مطالعه شهرستان مشکین شهر در استان اردبیل می باشد. در این تحقیق ابتدا با استفاده از تصاویر ماهواره Landsat/ETM+  نقشه های کاربری و NDVI استخراج گردید. سپس با استفاده از آمارهای هواشناسی ایستگاه سینوپتیک مشکین شهر مقدار تبخیر- تعرق مرجع به روش بلانی- کریدل و اصلاحی دورنبوس وپروت محاسبه شده و با تابع درونیابی کریجینگ، این مقادیر به سطح تعمیم داده شدند. در مرحله بعدی با استفاده از روش برانسل و گلیس بر پایه استفاده از نقشه NDVI، مقادیر کسر پوشش گیاهی محاسبه گردید. نهایتا بر اساس روش آلن با ضرب لایه کسر پوشش گیاهی در لایه تبخیر- تعرق مرجع، نقشه تبخیر- تعرق واقعی منطقه استخراج گردید. استفاده از تحلیل های فضائی و روابط مکانی GIS نشان می دهد که بیشترین مقدار تبخیر- تعرق واقعی در کاربری مراتع خوب و کمترین آن در اراضی شهری و ساخته شده اتفاق می افتد.

تبخیر و تعرق از مؤلفه های اصلی بیلان آب هر منطقه و از عوامل کلیدی برای برنامه ریزی صحیح و مناسب به منظور بهبود بازده آب مصرفی در اراضی فاریاب است. تصاویر ماهواره ای به دلیل پوشش مناطق وسیع، به منظور غلبه بر محدودیت های مکانی روش های نقطه ای، کاربرد بهتری برای مطالعات ناحیه ای نسبت به داده های ایستگاه های هواشناسی دارند. بنابراین، هدف از تحقیق حاضر برآورد تبخیر و تعرق واقعی حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه به کمک الگوریتم سنجش از دور SEBS و تصاویر سنجنده ی AVHR است. ابتدا 248 تصویر از سنجنده ی AVHRR ماهواره ی نوا (NOAA) دریافت و پس از بررسی و ابری نبودن طی دوره ی آماری 1998 2009 استفاده شد. به منظور دقت در برآورد تبخیر و تعرق، محدوده ی مطالعه شده به سه بخش سقز، ارومیه و تبریز تقسیم شد. تبخیر و تعرق واقعی به کمک نقشه ی کاربری برای اراضی کشاورزی مشخص شده و با نیاز خالص آبیاری منطقه مقایسه شد. با محاسبه ی شاخص های ارزیابی مدل برای دشت تبریز، مجذور میانگین مربعات خطا RMSE=10. 89 و ضریب تعیین =0. 79 به دست آمد. نتایج نشان داد روند تغییرات تبخیر و تعرق برآوردشده با مقادیر نیاز خالص آبیاری همخوانی داشته است. همچنین، نتایج دقت خوب مدل SEBS را در برآورد تبخیر و تعرق واقعی برای اراضی کشاورزی در کاربری های مختلف در حوضه ی آبریز دریاچه ی ارومیه نشان داد.

برآورد دقیق تبخیر– تعرق یا آب مورد نیاز گیاهان نقش مهمی در بهبود مدیریت مصرف آب و در نهایت افزایش راندمان آب مصرفی دارد. با توجه به حضور انواع مختلف پوشش های گیاهی و آن هم در سطوح وسیع، محاسبه دقیق نیاز آبی از طریق روش های متداول محاسبه تبخیر- تعرق (ET)، امری دشوار و غیر ممکن می نماید. در همین راستا به روش هایی نیاز است که قادر به محاسبه نیاز آبی گیاهان در مقیاس وسیع بوده و نیز از دقت کافی برخوردار باشند. یکی از مشهورترین الگوریتم های سنجش از دور جهت برآورد تبخیر- تعرق واقعی، الگوریتم توازن انرژی در اراضی (سبال) می باشد. در مدل سبال از طریق برآورد تمامی مولفه های انرژی در سطح تبخیر با استفاده از تصاویر ماهواره ای از جمله تابش خالص، شار گرمای خاک و شار گرمای محسوس و با استفاده از معادله توازن انرژی اقدام به محاسبه تبخیر- تعرق می شود. این تحقیق به منظور ارزیابی تغییرات مکانی و زمانی تبخیر- تعرق واقعی روزانه (ETa) در محدوده کشت و صنعت نیشکر میرزا کوچک خان واقع در جنوب استان خوزستان با استفاده از تصاویر ماهواره ای 10 روزه سنجنده مودیس در یک فصل زراعی (فصل رشد) در سال 85 صورت گرفت. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل سبال از کارایی خوبی جهت برآورد تبخیر– تعرق واقعی در فصل زراعی (فصل رشد) برخوردار است. نقشه های تولید شده با نرم افزار  ERDASو GIS، بیانگر این مطلب هستند که زمین-های خیس (خوب آبیاری شده) و یا با پوشش گیاهی خوب بالا ترین میزان تبخیر- تعرق را دارند. با دور شدن از زمین های کشاورزی و نزدیک شدن به سطوح با پوشش های گیاهی کم، میزان تبخیر- تعرق بسیار کاهش می یابد. این نقشه ها با اطلاعات زمینی مطابقت بسیار زیادی را نشان داد. همچنین مقایسه نتایج حاصل از مدل سبال با نتایج حاصل از تبخیر– تعرق گیاه نشان داد که نتایج مدل سبال در فصل رشد از همبستگی نسبتا خوبی (R2=0.77) با نتایج حاصل از تبخیر– تعرق گیاه برخوردار است.

تبخیر- تعرق واقعی از اجزای مهم محاسبات بیلان آب است که امروزه امکان برآورد آن با استفاده از فناوری سنجش از دور فراهم شده است. داده های تبخیر- تعرق واقعی MOD16 با استفاده از تصاویر حاصل از سنجنده MODIS تولید می شوند و قدرت تفکیک مکانی آنها یک کیلومتر است. در این مطالعه، تبخیر- تعرق واقعی MOD16 با تبخیر- تعرق واقعی برآورد شده توسط مدل SWAP مقایسه شده است. با استفاده از داده های اندازه گیری شده از رطوبت خاک در دو مزرعه تحت کشت ذرت با مساحت های 38.9 و 45.6 هکتار در استان قزوین در طول فصل رشد، مدل SWAP مورد واسنجی قرار گرفت. مقدار متوسط RMSE برای دو مزرعه مورد مطالعه، برابر با 0.026 و 0.025 به دست آمد. با درنظرگرفتن تبخیر- تعرق واقعی برآوردشده توسط مدل SWAP به عنوان مبنا، تبخیر- تعرق واقعی MOD16 مورد ارزیابی قرار گرفت. در این ارزیابی، مقدار RMSE در دو مزرعه مورد مطالعه به ترتیب برابر با 1.46 و 1.94 میلی متر در روز به دست آمد. همچنین مقدار r2 نیز به ترتیب برابر با 0.86 و 0.87 محاسبه شد. نتایج مطالعه حاضر نشان داد در صورت عدم دسترسی به داده های اندازه گیری شده از تبخیر- تعرق واقعی، محصول MOD16 را می توان به عنوان جایگزین به کاربرد.