ارزيابي رطوبت خاك سطحي پايگاه‌هاي جهاني با استفاده از داده‌هاي اندازه‌گيري شده در اقليم‌هاي مختلف ايران

سابقه و هدف: رطوبت خاك يكي از مهم‌ترين متغيرهاي موردنياز از جنبه‌هاي مختلف تحقيقاتي مانند كشاورزي (محاسبه بيلان آب در خاك، تعيين برنامه آبياري، شاخص خشكسالي كشاورزي) و هيدرولوژيكي (نفوذ، رواناب، تغذيه) است. داده‌هاي رطوبت خاك اندازه‌گيري شده با وجود اينكه دقيق‌ترين داده‌هاي در دسترس محققين است، داراي معايبي مانند طول دوره‌ي آماري كوتاه‌مدت، داده‌هاي ناقص زياد در برخي از ايستگاه‌ها، نقطه‌اي بودن آنها و عدم قابليت تعميم آنها به يك سطح مانند حوضه آبريز مي‌باشد. داده‌هاي رطوبت خاك در پايگاه‌هاي جهاني اين معايب را نداشته، اما قبل از استفاده دقت آنها بايد مورد ارزيابي قرار گيرد. بر اين اساس در پژوهش حاضر به منظور بررسي امكان استفاده از داده‌هاي رطوبت خاك سطحي پايگاه‌هاي جهاني در كشور ايران، دقت داده‌ها در اين پايگاه‌ها مورد ارزيابي قرار گرفته است. هدف از اين تحقيق ارزيابي دقت داده‌هاي رطوبت خاك سطحي پايگاه‌هاي جهاني بر اساس داده‌هاي اندازه‌گيري شده از متغير رطوبت خاك در اقليم‌هاي مختلف ايران مي‌باشد. مواد و روش‌ها: بدين منظور ابتدا داده‌هاي اندازه‌گيري شده‌ي رطوبت خاك در 43 ايستگاه هواشناسي كشاورزي كشور در 7 عمق مختلف (5، 10، 20، 30، 50، 70 و 100 سانتي‌متري از سطح خاك) با گام زماني سه ساعته جمع‌آوري شد. پس از مرحله‌ي پيش‌پردازش روي داده‌هاي رطوبت خاك جمع‌آوري شده، تعداد 14 ايستگاه از اقليم‌هاي مختلف ايران با طولاني‌ترين و كامل‌ترين داده‌هاي رطوبت خاك براي دو عمق 5 و 10 سانتي‌متري با گام زماني ماهانه طي دوره‌ي 2021-2014 به منظور مقايسه با داده‌هاي پايگاه‌هاي جهاني انتخاب شدند. در مرحله‌ي بعد داده‌هاي رطوبت خاك در لايه‌هاي مختلف خاك از 5 پايگاه جهاني مختلف شامل GLEAM3.6a، ERA5، TERRA، MERRA2 و GLDAS2.1 با مقياس زماني ماهانه استخراج شد. رطوبت خاك سطحي در داده‌هاي اندازه‌گيري شده، ميانگين رطوبت خاك در دو عمق 5 و 10 سانتي‌متري و در پايگاه‌هاي جهاني، لايه‌ي اول سطح خاك در نظر گرفته شد. ارزيابي دقت داده‌هاي رطوبت خاك سطحي پايگاه‌هاي مختلف به تفكيك 12 ماه سال و سري زماني متوالي ماهانه با استفاده از سه معيار آماري شامل ضريب همبستگي پيرسون (R)، ميانگين خطاي اريبي (MBE) و خطاي جذر ميانگين مربعات نرمال‌شده (NRMSE) انجام شده است.يافته‌ها: در بين ايستگاه‌هاي مورد بررسي، بيشترين و كمترين مقادير ضريب همبستگي مربوط به ايستگاه‌هاي كهريز و زهك به ترتيب برابر با 55/0 و 04/0 است. در بين فصول سال، بيشترين همبستگي در فصل بهار، ماه آوريل برابر 51/0، و كمترين همبستگي در فصل تابستان، ماه سپتامبر برابر 11/0، بدست آمده است. بالاترين همبستگي‌ها مربوط به پايگاه GLEAM به خصوص در ماه‌هاي مي، ژوئن، نوامبر و دسامبر است. نتايج معيار MBE حاكي از كم‌برآورد رطوبت خاك اكثر پايگاه‌ها در ايستگاه‌هاي اقليم مرطوب و نيمه‌مرطوب (ايستگاه‌هاي گرگان، قراخيل و آمل) دارد. پايگاه GLEAM با محدوده برابر با ]13/0+ ~ 03/0-[، كمترين تغييرات MBE را در بين پايگاه‌هاي مورد بررسي دارد. به طور ميانگين، بيشترين دقت مربوط به پايگاه ERA5 به‌خصوص در اقليم مرطوب با NRMSE برابر 29/0 مي‌باشد. در كنار آن كمترين دقت در بين پايگاه‌هاي مورد بررسي مربوط به پايگاه GLDAS به‌ويژه در اقليم خشك با NRMSE برابر با 16/2 است.نتيجه‌گيري: نتايج تحقيق حاضر نشان مي‌دهد كه دقت پايگاه داده‌هاي جهاني رطوبت خاك با توجه به زمان و مكان مورد بررسي متفاوت مي‌باشد. تحقيق حاضر در راستاي انتخاب پايگاه داده مناسب با بيشترين دقت و با توجه به تغييرات زماني- مكاني متغير رطوبت خاك، نتايج كاربردي را در اختيار محققين قرار مي‌دهد.