برآورد تبخير و تعرق واقعي محصول برنج با بكارگيري الگوريتم METRIC در بخشي از شمال ايران

Estimating Rice Actual Evapotranspiration Using METRIC Algorithm in a part of the North of Iran

سابقه و هدف: با توجه به اينكه كمبود منابع آب در سال‌‌هاي اخير در كشور ايران به چالش عمده‌اي تبديل شده است و در اين ميان، بيشترين مصرف آب در بخش كشاورزي و مربوط به پديده تبخير و تعرق است مديريت بهينه و پايدار منابع آب مستلزم شناخت و برآورد صحيح تبخير و تعرق مي‌باشد. در بين روش‌هاي مختلف برآورد تبخير و تعرق، تكنيك سنجش از دور به دليل پوشش مكاني و زماني مناسب، گزينه مناسبي براي برآورد تبخير و تعرق در مقياس منطقه‌اي است و با استفاده از اين تكنيك مي‌توان تبخير و تعرق يك منطقه را بدون نياز به دانستن پيشينه‌اي از وضعيت خاك، محصول و نحوه‌ي مديريت مزرعه با دقت مناسب برآورد كرد. از بين الگوريتم‌هاي گوناگون ارائه شده مبتني بر سنجش از دور، در اين پژوهش از الگوريتم نسبتاً جديد متريك جهت برآورد تبخير و تعرق محصول برنج در شهرستان رشت استفاده شد. مواد و روش‌ها: جهت برآورد تبخير و تعرق محصول برنج در شهرستان رشت، از داده‌هاي هواشناسي ايستگاه هواشناسي كشاورزي رشت كه شامل متغيرهاي دماي هوا، رطوبت نسبي، ساعات آفتابي، بارندگي و سرعت باد در مقياس زماني 3 ساعته براي 8 روز بدون ابر در مردادماه 1393، تصاوير ماهواره‌اي سنجنده موديس و داده‌هاي لايسيمتري استفاده شد و با استفاده از داده‌ها و تصاوير مذكور و با بكارگيري الگوريتم مبتني بر بيلان انرژي متريك، مقدار تبخير و تعرق روزانه محصول برنج برآورد گرديد و جهت اعتبارسنجي نتايج حاصل از الگوريتم متريك، از داده-هاي لايسيمتري اندازه‌گيري‌شده در شاليزار مؤسسه تحقيقات برنج رشت كه در فصل تابستان سال 1393 در شاليزار كار گذاشته شده‌اند استفاده شد. يافته‌ها: نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داد كه با پياده‌سازي الگوريتم متريك با استفاده از تصاوير سنجنده موديس مي‌توان مقدار تبخير و تعرق واقعي محصول برنج را در مقياس روزانه با دقت قابل قبولي برآورد نمود. مقايسه مقادير برآورد شده تبخير و تعرق محصول برنج توسط الگوريتم متريك با مقادير اندازه‌گيري‌شده لايسيمتري نشان داد كه مقادير شاخص‌هاي RMSE، MAE و MBE به ترتيب برابر با1.21, 1.14 , -1.17 ميليمتر در روز بدست آمد كه نشان‌دهنده دقت قابل قبول الگوريتم متريك جهت برآورد تبخير و تعرق روزانه محصول برنج است اما در حالت كلي، اين الگوريتم تمايل به كم برآورد كردن مقدار تبخير و تعرق محصول برنج دارد به گونه‌اي كه ميانگين مقادير تبخير و تعرق در 8 روز مورد مطالعه با استفاده از داده‌هاي لايسيمتري و الگوريتم متريك به ترتيب 9/2 و 8 ميليمتر در روز بدست آمد. نتيجه‌گيري: به طور كلي استفاده از تكنيك سنجش از دور و الگوريتم متريك و تصاوير ماهواره‌اي به عنوان روشي جديد جهت برآورد تبخير و تعرق داراي دقت قابل قبول و مناسبي است و منشأ وجود اختلاف بين مقادير محاسباتي و مشاهداتي و همچنين كم برآورد كردن الگوريتم متريك را مي‌توان به عواملي از جمله پايين بودن قدرت تفكيك مكاني تصاوير موديس و نحوه انتخاب پيكسل‌هاي گرم و سرد در اين الگوريتم نسبت داد.

Background and Objectives: With respect to that water resources shortage in recent years in Iran has become a major challenge and the major water losses are in the agriculture section and due to evapotranspiration, sustainable management of water resources requires identification and correct estimation of evapotranspiration. Among the different methods to estimate evapotranspiration, the remote sensing technique is an appropriate option for evapotranspiration estimating because of appropriate coverage of place and time in regional scale and using this technique, it is possible to appropriately estimate the regional evapotranspiration without requiring the historical information about soil, crop and type of farm management. Among the various algorithms based on remote sensing, in this research, relatively new METRIC algorithm has been used for estimating rice evapotranspiration in the Rasht city. Materials and Methods: To estimating the rice evapotranspiration in the Rasht city, meteorological data of agricultural weather station of Rasht including variables of air temperature, relative humidity, sunshine hours, rainfall and wind speed in the 3-hour time scale, MODIS Satellite images and Lysimeter data were used for 8 non-clouds days of the August, 2014. Using the mentioned data and images and by adopting the energy balance based algorithms of METRIC, The rice crop evapotranspiration was estimated and for validation the results of the METRIC algorithm, the Lysimeter measured data at the Rasht Rice Research Institute in the summer of 2014 were used. Results: The results of this study showed that by an implementation of the METRIC algorithm and by using MODIS satellite images, it is possible to estimate the actual rice daily evapotranspiration with a reasonable accuracy. Comparing between the estimated amounts of rice evapotranspiration by the METRIC algorithm and the measured Lysimeter values showed that the amounts of three applied error indices including RMSE, MAE and MBE were respectively 1.21, 1.14 and -1.17 mm/day. These extents represent an acceptable accuracy of the METRIC algorithm for estimating rice evapotranspiration, but in general, this algorithm tends to underestimate the amount of rice evapotranspiration so that the mean of evapotranspiration at the 8 mentioned days using Lysimetery data and the METRIC algorithm were 9.2 and 8 mm, respectively. Conclusion: In general, use of remote sensing technique and METRIC algorithm as a new method for estimating evapotranspiration have an appropriate and acceptable accuracy and the source of errors between calculated and measured values of evapotranspiration and underestimating of METRIC algorithm as well can be attributed to some factors such as low spatial resolution of MODIS images and selecting procedure of hot and cold pixels