توسعه و ارزيابي تخمين تابش موج كوتاه فرودي در سطح بر اساس عمق اپتيكي هواويز SARA و داده‌هاي سنجنده ماديس در شرايط بدون ابر

Development and evaluation of Downward Surface Shortwave Radiation based on SARA AOD using MODIS data under cloud-free conditions

يكي از عوامل اصلي عدم قطعيت در تخمين تابش موج‌كوتاه در سطح، عمق اپتيكي هواويز موجود در جو مي باشد. در اين مقاله براي محاسبه تابش موج كوتاه از مدل پارامتري يانگ كه هر يك از اجزاي جو را بصورت جداگانه مدل مي‌نمايد، استفاده شد. در اكثر تحقيقات قبلي براي محاسبه تابش موج كوتاه در سطح، از داده‌هاي عمق اپتيكي هواويز سنجنده ماديس استفاده شده است، درحالي‌كه در اين تحقيق عمق اپتيكي برآورد شده از الگوريتم ساده شده بازيابي هواويز SARA(Simplified Aerosol Retrieval Algorithm)، مورد استفاده قرار گرفت. روش پيشنهادي برآورد تابش موج كوتاه براساس داده عمق اپتيكي هواويز SARA و همچنين روش رايج تابش موج‌كوتاه به‌دست آمده براساس محصولات عمق اپتيكي ماديس، با داده‌هاي زميني اندازه‌گيري شده در ايستگاه چيتگر شهر تهران و براي پريود زماني تابستان 2013 اعتبار سنجي شدند. نتايج اعتبارسنجي براي تابش موج‌كوتاه برآورده شده براساس عمق اپتيكي هواويز SARA، ضريب رگرسيون R2) 88/0)، خطاي جزر ميانگين مربعات و باياس بترتيب 09/25 و 05/2 وات بر مترمربع، براي تابش موج‌كوتاه براساس داده سطح 2 عمق اپتيكي هواويز ماديس، ضريب رگرسيون 61/0، خطاي جزر ميانگين مربعات و باياس بترتيب 75/41 و 93/15 وات بر مترمربع و براي تابش موج-كوتاه براساس داده سطح 3 عمق اپتيكي هواويز ماديس، ضريب رگرسيون 82/0، خطاي جزر ميانگين مربعات و باياس بترتيب 73/60 و 77/53 وات بر مترمربع به‌دست آمدند. نتايج بيانگر دقت بالاي تابش موج-كوتاه برآورد شده بر اساس عمق اپتيكي هواويز SARA نسبت به محصولات عمق اپتيكي هواويز ماديس مي‌باشد. بطوريكه خطاي جزر ميانگين مربعات بترتيب 6/1 و 2 برابر نسبت به محصولات سطح 2 و 3 ماديس مي‌باشد و خطاي باياس در روش پيشنهادي تقريباً به صفر رسيده است. با فرض توزيع مكاني مناسب ايستگاههاي آئرونت (AERONET)، روش پيشنهاد شده‌ي تركيب مدل تابشي يانگ و الگوريتم برآورد عمق اپتيكي هواويز SARA، مي‌تواند تابش موج‌كوتاه را از مقياس منطقه‌اي به جهاني، نيز برآورد نمايد.

The atmospheric Aerosol Optical Depth (AOD) is one of the major uncertainties in retrieving Downward Surface Shortwave Radiation (DSSR). In the current study, Yang’s model, which determines the effect of each component of atmosphere separately, was used to estimate DSSR under cloud-free conditions. Recent studies have used MODIS AOD data to calculate DSSR, while in this article the retrieved AOD from the Simplified Aerosol Retrieval Algorithm (SARA) was used to estimate DSSR over the Chitgar site in Tehran, Iran. For comparison purpose, MODIS AOD products were also used to estimate DSSR over the studied region. Estimated DSSR based on SARA AOD, MODIS Level 2 (L2) AOD, and MODIS Level 3 (L3) AOD were evaluated with ground-based measurements of DSSR at the Chitgar site during summer of 2013. Results show R2 = 0.88, RMSE = 25.09 W/m2, and Bias = 2.05 W/m2 for SARA-based DSSR, and R2 = 0.61, RMSE = 41.75 W/m2, and Bias = 15.93 W/m2 for MODIS-L2 based DSSR, and R2 = 0.82, RMSE = 60.73 W/m2, and Bias = 53.77 W/m2 for MODIS L3-based DSSR. The results showed higher accuracy of estimated DSSR based on the SARA AOD than the estimated DSSR based on MODIS products. As RMSE of SARA-based DSSR is 1.6 and 2 times MODIS-L2 based DSSR and MODIS-L3 based DSSR, respectively. In the proposed method, Bias reached close to zero. These results also showed that our modeling scheme of combining Yang’s model with the SARA algorithm can be used from the regional to global scale under the assumption of future access to spatially distributed AERONET sites.