برف یکی از منابع بزرگ آب در بیشتر نقاط دنیا می باشد. آب معادل پوشش برفی حدود یک سوم از آب مورد نیاز برای فعالیت های کشاورزی و آبیاری را در سراسر کره زمین تامین می کند. برآورد میزان آب و یا محتوای آبی پوشش برفی و تخمین رواناب ناشی از ذوب برف یکی از فعالیت های عمده هیدرولوژیست ها به حساب می آید. برای محاسبه رواناب ناشی از ذوب برف، روش های مختلفی ارایه و پیشنهاد شده است که اکثر این روش ها نیاز به پایش پیوسته سطح پوشیده از برف دارند. امروزه پایش مداوم این سطح توسط داده برداری های ماهواره ای و با استفاده از روش های مبتنی بر سنجش از دور صورت می گیرد. تصاویر ماهواره ای MODIS به دلیل دقت زمینی بهتر (250 متر) و تعداد باندهای بیشتر برای این منظور مناسب تر از تصاویر سنجنده های دیگر مانند NOAA می باشد. به همین علت در این تحقیق برای تهیه نقشه پوشش برفی از تصاویر MODIS و شاخص NDSI استفاده شد. یکی از مشکلات عمده در پایش سطوح برف دار ابری بودن سطح منطقه است، بنابراین در این پژوهش به کمک مدل رقومی ارتفاعی منطقه (DEM) و ایجاد روابط رگرسیون میان درجه حرارت، ارتفاع و تصویر جهت شیب، تغییرات سطوح برف دار در تاریخ هایی که تصاویر MODIS موجود نبود یا به عبارت دیگر تصاویر ابری بودند، به دست آمد. بدین منظور برای روز 5 اسفند 1382 که دارای تصویر مناسب بود از این روش سطح پوشیده از برف برآورد گردید که در مقایسه با تصویر مذکور درستی و صحت روش مورد استفاده، تایید گردید.

در پژوهش حاضر، امکان تولید نقشه های ابرآزاد روزانه و هشت روزه سطح برف (SC) و عمق آب معادل برف (SWE) با تفکیک مکانی 500 متر از طریق یک الگوریتم ادغام-ریزمقیاس سازی که مبتنی بر ترکیب مزیت تفکیک مکانی مطلوب تصاویر حاصل از سنجنده های نوری MODIS نصب شده بر روی ماهواره های Terra و Aqua (به ترتیب، MODIS Terra و MODIS Aqua) با مزیت پشت نمایی پوشش ابر سنجنده میکروویو AMSR E می باشد، مورد بررسی قرار گرفت. این الگوریتم برای حوضه کارون، سال آبی 1383-1382، به کار گرفته شد. ادغام نقشه های SC حاصل از سنجنده های MODIS Terra و MODIS Aqua (TAC) موجب شد میانگین سهم پیکسل های ابری در نقشه TAC طی دوره مطالعاتی در مقایسه با نقشه های MODIS Terra و MODIS Aqua به ترتیب، به میزان 29/17 و 43/14 درصد کاهش یابد. متوسط دقت کلی نقشه های SC در شرایط آسمان صاف (مقایسه به ازای پیکسل های غیرابری) برای تصاویر حاصل از سنجنده های MODIS Terra و MODIS Aqua به ترتیب، برابر با 20/97 و 86/95 درصد بود. متوسط دقت کلی نقشه های SC در شرایط جوی عام (مقایسه به ازای پیکسل های ابری و غیرابری)، شامل نقشه های MODIS Terra، MODIS Aqua، TAC و MAC SC (حاصل از ترکیب نقشه TAC و AMSR E) به ترتیب، برابر با 38/49، 47/51، 48/65 و 15/90 درصد بود.

بیش از 40% نیمکره شمالی در زمستان به صورت فصلی پوشیده از برف می باشد. برف و پوشش برفی یکی از منابع بزرگ تامین کننده آب در بیشتر کشورهای جهان و بویژه منطقه های کوهستانی آنها می باشد. پوشش برفی و آب معادل آن حدود یک سوم از آب مورد نیاز برای فعالیت های کشاورزی و آبیاری را در سراسر کره زمین تامین می کند. در بیشتر منطقه های شمالی نیمکره شمالی و محیط های الپی، رواناب برف هم مسوول شدت جریان بیشینه لحظه ای بوده و هم یک بخش مهم شدت جریان سالیانه می باشد. آلبیدوی بالای برف به همراه گسترش سطحی بالای آن تاثیر زیادی بر بودجه تابشی زمین دارد. از نظر اقلیم شناسان و هواشناسانی که تغییرهای اقلیمی و اتمسفری را بررسی می کنند در یک دید جهانی، پایش پوشش برف یک نیاز است. بنابراین با توجه به کارایی بالای پوشش برفی در بررسی های مختلف پایش پیوسته پوشش برفی و تهیه نقشه های سطح پوشیده از برف یک نیاز انکار ناپذیر است. بیشتر روشهای کار آمد پایش پیوسته پوشش برفی بر پایه سنجش از دور با تصویرهای ماهواره ای می باشد. تصویرهای ماهواره ای مودیس به علت دقت زمینی بهتر (250 متر) و شمار باندهای بیشتر برای این منظور مناسب تر از تصویرهای سنجنده های دیگر مانند NOAA می باشد. در پژوهشی که با تصویرهای این ماهواره در زیر حوزه قلعه شاهرخ حوزه آبخیز سد زاینده رود انجام شد، نقشه های سطح پوشیده از برف با بهره گیری از این تصویر های بدست آمد. دقت برآورد این نقشه ها بسیار خوب بود و در مقایسه با تصویرهای برفی از دقت قابل ملاحظه ای برخوردار بودند. در نهایت می توان اشاره نمود که این نقشه های سطح پوشیده از برف در موارد مختلف از جمله برآورد رواناب بدست آمده از ذوب برف به عنوان نقشه های پایه قابل استفاده اند.

در حوضه های کوهستانی بخش عمده ای از بارندگی به صورت برف نازل می شود و جریان حاصل از ذوب برف قسمت اعظم رواناب در فصول بهار و تابستان را تشکیل می دهد. رواناب حاصل از ذوب برف در تامین منابع آب آشامیدنی و کشاورزی و تغذیه سفره های زیرزمینی موثر بوده و در برخی موارد منشا بروز سیلاب های مخرب می باشد. بنابراین شناخت دقیق ویژگی های برف در زمان و مکان به منظور مدیریت صحیح و موثر منابع آب حایز اهمیت بسیار است. مطالعات گذشته نشان داده است که سطح پوشش برف یک متغیر اساسی در شبیه سازی و پیش بینی رواناب حاصل از ذوب برف بوده و تغییرات آن در زمان و مکان می تواند به عنوان شاخص مهمی از ویژگی های برف در مقیاس یک حوضه آبخیز مورد مطالعه قرار گیرد. هدف اصلی این تحقیق شناخت مناطق موثر در انباشت و ماندگاری برف و رتبه بندی زیرحوضه ها بر اساس سهم ذوب برف در رواناب بوده که در توسعه مدل های شبیه سازی و پیش بینی رواناب در فصل ذوب برف حایز اهمیت می باشد. در این تحقیق تغییرات زمانی و مکانی سطح پوشش برف به صورت فراوانی انباشت و ماندگاری برف در حوضه کارون با استفاده از تحلیل تصاویر ماهواره ای و روش هواشناسی مورد بررسی قرار گرفته است. با کاربرد یک مدل بیلان آبی و روابط منطقه ای، سهم ذوب برف در رواناب سالیانه برای سطوح مختلف حوزه تعیین گردیده و رتبه بندی سطوح حوزه بر اساس اطلاعات مکانی حاصل از مقدار سهم ذوب برف زیر حوضه در رواناب و سطوح فراوانی و پتانسیل انباشت و ماندگاری سطح برف انجام گرفته است. در این تحقیق دمای آستانه ریزش برف نیز که از پارامترهای اساسی مطالعات برف در مناطق کوهستانی است با استفاده از تحلیل داده های سینوپتیک و داده های دورسنجی تعیین شده است.

شناخت و مطالعه ذخایر برفی به عنوان تامین کننده جریان پایه رودخانه ها و سر آغاز اصلی منابع آب شیرین در حوضه های برفگیر و مرتفع، نقش مهمی در برنامه ریزی و مدیریت مصرف منابع آب ایفا می کند. با توجه به اینکه ﻳﻜﻲ از ﻣﻬﻤﺘﺮﻳﻦ مشکلات ﻣﻮﺟﻮد در ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ ﭘﺪﻳﺪه ﺑﺮف ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﺼﺎوﻳﺮ ﻣﺎﻫﻮاره ﻫﺎی اﭘﺘﻴﻜﻲ، ﺗﻔﻜﻴﻚ اﺑﺮ و ﺑﺮف ﻣﻲ ﺑﺎﺷﺪ ﺑﻪ ﻫﻤﻴﻦ ﻣﻨﻈﻮر ما در این تحقیق با استفاده از ویژگی متغیر بودن ابرها نسبت به برف با استفاده از فیلتر زمانی به کمک داده های سنجنده مودیس دو ماهواره آکوا و ترا، به حذف پیکسلهای ابر می پردازیم. برای انجام این کار، با استفاده از ویژگی رفتاری ابر در طول موج های مختلف، با تعریف شاخص تفاضلی نرمال شده ابر در داده ﻫﺎی مودیس، ﺑﻪ ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ ﺳﻄﻮح ابری در این تصاویر اقدام کردیم. سپس نقشه برف منطقه شمالی استان فارس را با استفاده از تصاویر بازتابش روزانه مودیس در سال آبی 93-1392 به روش پیکسل مبنا استخراج کردیم. و به منظور ارزیابی خروجی نهایی نقشه برفی تولید شده، از دو روش استفاده گردید. در ابتدا با استفاده از داده های 14 ایستگاه زمینی، نقشه خروجی را مورد ارزیابی قرار دادیم و سپس از تصویر سنجنده OLI ماهواره لندست 8 بعنوان واقعیت زمینی استفاده گردید و نتایج مورد ارزیابی قرار گرفتند. در روش اول دقت 100% و در روش دوم و با انجام تناظر یابی پیکسل به پیکسل بین نقشه های برفی دو تصویر، دقت 98.58% حاصل شد. در نهایت با توجه به نتایج و ارزیابی های صورت گرفته، می توان گفت در صورتی که نقشه های پوشش برف از طریق پیاده سازی الگوریتم حدآستانه مبنای ارائه شده در این تحقیق تهیه شوند، دارای دقت بالایی بوده و می توان از نتایج آن در شبیه سازی سیل و جریان آب حاصل از ذوب برف، بعنوان ورودی مدل رواناب ذوب برف و همچنین در مدیریت منابع و ذخایر آبی استفاده کرد.

تعیین سطح پوشش برف در حوضه های آبخیز به عنوان یکی از پارامترهای مهم برف سنجی، نقش مهمی در مطالعات هیدرولوژی و اقلیمی دارد. در این تحقیق، از طریق شاخص NDSI با اعمال آستانه هایی به شناسایی و تفکیک سطوح پوشیده از برف به واسطه تصاویر سنجنده MODIS پرداختیم. با وجود شاخص ٬NDSI به منظور جلوگیری از قرار گرفتن آب در گروه برف می بایست باند 2 (876-841 نانومتر) بزرگ تر یا مساوی 0.11 باشد. بدین منظور با اعمال آستانه b2>0.11 سطوح برفی از سطوح آبی متمایز گردید و جهت جلوگیری از قرار گیری اشیاء تیره به عنوان برف می بایست باند 4 (565-545 نانومتر) بزرگ تر یا مساوی 0.1 باشد. در نتیجه با اعمال آستانهb4≥0.11  سطوح برفی از اشیاء تیره متمایز گردید. نقشه های سطح پوشیده از برف در این تحقیق با احتساب خطای شاخص NDSI به طور متوسط کم تر از 20 درصد خطا دارند.

بخش عظیمی از بارش ها در مناطق کوهستانی حوضه های آبریز استان گلستان به صورت برف است. در نتیجه، آب حاصل از ذوب برف نقش مهمی در ایجاد رواناب سطحی، تغذیه آبهای زیرزمینی و ایجاد سیل به عهده دارد. پوشش برف معرف میزان آب ذخیره شده در حوضه های کوهستانی است و پایش زمانی و مکانی سطح پوشیده شده از برف و عمق آب معادل برف از اهمیت بسیار بالایی در مدل های هیدرولوژیک دارد. در این مطالعه به منظور پایش سطح پوشش برف و دمای سطح برف حوضه های آبریز استان گلستان از داده های سنجنده MODIS طی دوره آماری 9 ساله (8-2000) استفاده شد. به منظور تعیین پتانسیل ریزش و ذوب برف از الگوریتم دمای سطح برف با استفاده از باندهای حرارتی 31 و 32،MODIS  و برای تشخیص سطوح پوشیده شده برف، شاخص NDSI بکار گرفته شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد با توجه به دقت زمانی و مکانی تصاویر ماهواره ای MODIS و قابل دسترس بودن این تصاویر از طریق اینترنت، برای پایش سطح پوشش برف بسیار مناسب هستند، بنابراین، با اجرای الگوریتم های بکار رفته، می توان سطوح پوشش برف را به صورت بهنگام پایش کرد و نتایج آن را در مدیریت منابع آب، کشاورزی، گردشگری، مدیریت مخازن و سامانه های هشدار سیل به کار گرفت.

اطلاعات از پوشش برف به عنوان یکی از منابع تامین آب های زیرزمینی، شرب و کشاورزی برای مدیریت بهینه منابع آبی اهمیت بسزایی دارد. از جمله منابع اطلاعاتی مهم برای شناسایی سطح برف، تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS است که محصول سطح برف به صورت منظم از آن ها تولید می گردد. هدف این پژوهش ارتقاء دقت الگوریتم شناسایی سطح برف از تصاویر MODIS با بهره گیری از تصحیح توپوگرافی و آستانه گذاری دمای سطحی است. در این راستا، شمال غرب کشور به عنوان محدوده پایلوت انتخاب و به دلیل عدم جمع آوری داده های سطح برف، تصاویر Landsat 8 بعنوان داده واقعیت زمینی برگزیده شد. 5 تصویر تقریبا همزمان MODIS و Landsat 8 مناسب در سال های 2014 تا 2015 تهیه و از هر تصویر MODIS تعداد 5 نمونه 10000 پیکسلی انتخاب و سه الگوریتم پیاده سازی گردید. الگوریتم اول با روش محصول برف MODIS به متوسط قدر مطلق خطاهای نسبی 3.44 درصد رسید. در الگوریتم دوم تصحیح توپوگرافی موجب بهبود این مقدار به 2.25 گردید. الگوریتم سوم موید تاثیر اعمال حد آستانه دمای سطح زمین بود که با برگزیدن آستانه k 278، متوسط قدر مطلق خطاهای نسبی 2.58 گردید. بنابراین نتایج نشان دهنده کارایی الگوریتم های ارائه شده در این تحقیق نسبت به روش استاندارد در مناطق مورد مطالعه بود.