ارزيابي تبخير و تعرق واقعي روزانه با الگوريتم SEBAL، مطالعه موردي: دشت سگزي اصفهان

مقدمه دشت سگزي در 40 كيلومتري شهر اصفهان با وسعت حدود 40 هزار هكتار، عامل تهديدي جدي براي اين شهر تاريخي محسوب مي شود. اين دشت كه تا چند دهه پيش نيزار و مرغزاري نسبتا آباد بوده، اكنون به خطري عظيم به لحاظ تخريب طبيعت و آلودگي محيط زيست تبديل شده است. دو عامل طبيعي و انساني در بيابان‌زايي اين منطقه نقش دارند. از عوامل طبيعي، بارندگي كم، تبخير زياد، وجود لايه‌هاي محدود كننده در خاك و بادهاي شديد و از عوامل انساني، چراي بيش از حد دام، بوته كني، رشد شديد جمعيت و بهره برداري بي‌رويه از منابع موجود، افت آب هاي زيرزميني و مهم تر از همه، بهره برداري از معادن سطحي موجود به‌ويژه معادن گچ را مي توان نام برد. هدف اصلي اين پژوهش، ارزيابي كارايي الگوريتم SEBAL براي تخمين تبخير و تعرق واقعي دشت سگزي با توجه به موقعيت خشك و نيمه‌خشك بودن منطقه با استفاده از تصاوير لندست 8 بود. مواد و روش هادر اين پژوهش، استخراج اطلاعات مورد نياز از اين تصاوير طي سه مرحله اصلي يعني پيش پردازش، پردازش و پس‌پردازش صورت گرفت. در مرحله پيش‌پردازش، پس از انجام تصحيحات اتمسفريك، هندسي و ساير تصحيحات لازم، اقدام به زمين‌مرجع كردن تصاوير شد. در محله پردازش داده ها، روش‌هاي مختلف بارزسازي و تحليل‌هاي آماري و سنجش از دوري به منظور دستيابي به لايه‌هاي اطلاعاتي صورت گرفت. به منظور ارزيابي نتايج در مرحله پردازش تصاوير، پس پردازش داده ها بر اساس تحليل هاي مختلف ارزيابي لايه هاي قابل اعتماد از لحاظ صحت و دقت، انجام گرفت. در مرحله بعد، الگوريتم SEBAL اجرا شد كه در اين مرحله، ابتدا ميزان تابش خالص (Rn) با توجه به دماي سطح زمين و پوشش گياهي و ميزان انرژي‌هاي رسيده به زمين محاسبه شد. سپس، شار گرمايي خاك (G) به دست آمد تا ميزان قابليت انتقال گرما به داخل خاك مشخص شود. سپس، ميزان شار گرماي محسوس (H) كه تعيين‌كننده هدررفت انرژي از خاك به سمت فضا است، تعيين شد. در نهايت، پس از تعيين مقدار شار گرماي محسوس، تبخير و تعرق محاسبه شد. الگوريتم SEBAL، معادله بيلان انرژي را به‌منظور محاسبه تبخير و تعرق واقعي گياه محاسبه مي‌كند. نتايج و بحثپارامترهاي آلبيدوي سطحي (بيشترين و كمترين مقادير وزني 0.85 و 0.16)، دماي سطح خاك (بيشترين و كمترين مقادير وزني 326 و 299 درجه كلوين)، شاخص پوشش گياهي NDVI (بيشترين وكمترين مقادير به‌ترتيب مربوط به نواحي با پوشش گياهي خوب با 1+ و پيكره هاي آبي با 1-)، ميزان انرژي خالص رسيده به سطح زمين (بيشترين و كمترين مقادير وزني حدود 703 و 210 وات بر متر مربع)، شار گرمايي خاك (بيشترين و كمترين مقادير وزني حدود 130 و 35 وات بر متر مربع)، شار گرماي محسوس (بيشترين و كمترين مقادير وزني حدود 323 و 23 وات بر متر مربع)، تبخير و تعرق لحظه اي (بيشترين و كمترين مقادير وزني حدود 0.842 و 0.225 ميلي‌متر) و تبخير و تعرق روزانه (بيشترين و كمترين مقادير وزني حدود 20.2 و 5.4 ميلي‌متر) از جمله مهم‌ترين پارامترهاي موثر در الگوريتم SEBAL بود كه در اين پژوهش مورد بررسي قرار گرفتند. يافته هاي پژوهش در رابطه با نتيجه كاربرد الگوريتم SEBAL با داده هاي ماهواره اي لندست 8 نشان داد كه الگوريتم SEBAL تبخير و تعرق را در محدوده‌هايي كه داراي پوشش گياهي غالبا كشاورزي و باغ هستند، به‌‌خوبي پيش‌بيني كرده است، به‌طوري ‌كه ميزان هدررفت آب از طريق بخار را نزديك به مقادير ثبت شده ايستگاه سينوپتيك شرق اصفهان (فرودگاه شهيد بهشتي) پيش‌بيني كرده است. ميزان خطاي به‌دست ‌آمده در محاسبه الگوريتم  مورد نظر 0.1 درصد بوده است. ميزان تبخير و تعرق لحظه‌اي واقعي در محدوده بين 0.22 تا 0.84ميلي‌متر محاسبه شده است كه با توجه به شرايط آب ‌و هوايي منطقه و دماي هواي نزديك به سطح (27 تا 50 درجه كلوين) و مقدار تبخير و تعرق ثبت شده به روش پنمن-مانتيث (0.3 ميلي‌متر در ايستگاه سينوپتيك شرق اصفهان)، اين مقدار در محدوده معقولي قرار دارد. نتيجه گيريمقايسه خروجي‌هاي الگوريتم SEBAL با مقدار تبخير و تعرق به‌دست ‌آمده در ايستگاه سينوپتيك شرق اصفهان كه RMSE مقدار 0.1 را نشان مي‌دهد، بيانگر مناسب بودن اين الگوريتم در محاسبه تبخير و تعرق در منطقه سگزي است. با توجه به نياز روزافزون كشور براي جلوگيري از هدررفت يا مصرف مازاد آب در بخش كشاورزي، چه از طريق تغيير الگوي كشت و چه تغيير در روش‌هاي آبياري، به‌كارگيري الگوريتم SEBAL در اين پژوهش، مي‌تواند اطلاعات ارزشمندي را در اختيار متخصصين و مديران بخش آب و كشاورزي قرار دهد. نتايج به‌دست ‌آمده از اجراي اين پژوهش، نشان داد كه سنجش از دور با در دست ‌داشتن الگوريتم‌هاي متفاوت از جمله الگوريتم SEBAL و كمينه اطلاعات زميني، داراي پتانسيل مناسبي براي تخمين تبخير و تعرق واقعي است.