اشتقاق و اعتبارسنجي توابع انتقالي طيفي پارامتريك به‌منظور برآورد ويژگي‌هاي هيدروليكي خاك در گستره VIS-NIR-SWIR

Deriving and validating parametric spectrotransfer functions for estimating soil hydraulic properties in VIS-NIR-SWIR range

ويژگي‌هاي هيدروليكي خاك اهميت زيادي در چرخه آبي طبيعت دارند. هدف از انجام اين پژوهش، امكان‌سنجي استفاده از اطلاعات طيفي خاك در گستره مريي، مادون قرمز نزديك و مياني (2500-350 نانومتر) به‌منظور برآورد پارامتريك ويژگي‌هاي هيدروليكي خاك بود. بدين منظور، بازتاب ابرطيفي نمونه‌هاي خاك با استفاده از دستگاه اسپكتروراديومتر و به كمك روش‌هاي استاندارد اندازه‌گيري شد. پس از انجام پيش‌پردازش‌هاي طيفي، همبستگي بين مقادير بازتاب در هر يك از طول موج‌هاي منحني‌هاي حذف پيوستار طيفي با پارامترهاي هيدروليكي مدل معلم- ون‌گنوختن ( ، n و Ks*) مورد بررسي قرار گرفت. سپس با استفاده از روش رگرسيون مرحله‌اي چندگانه، روابط رياضي مربوطه پي‌ريزي و تحت عنوان توابع انتقالي طيفي پارامتريك (PSTFs) نامگذاري شدند. بر اساس نتايج، بيشترين ضريب همبستگي بين متغيرها در طول موج‌هاي نزديك به 550 و 2300 نانومتر (براي پارامترهاي و n ) و 1927 نانومتر (براي پارامتر Ks*) به‌دست آمد. توابع انتقالي طيفي دقت تقريباً يكساني در برآورد پارامترهاي (54/0=R) و n (58/0=R) نشان دادند. در حالي‌كه اين توابع، بهترين تخمين‌ها را براي پارامتر Ks* با ضريب همبستگي (R) برابر با 76/0 نشان دادند. با استفاده از توابع انتقالي طيفي، مقدار رطوبت خاك به ازاي تمامي پتانسيل‌هاي ماتريك با متوسط RMSE برابر cm3 cm-3 017/0 برآورد شد. بر اساس نتايج اين پژوهش، اگرچه پارامترهاي هيدروليكي تخميني با دقت بسيار بالايي همراه نبودند، ليكن اين رويكرد ضمن آن‌كه مي‌تواند به عنوان كاربرد نويني از طيف‌سنجي خاك مطرح شود، مي‌تواند به عنوان روشي غيرمستقيم براي برآورد پارامتريك ويژگي‌هاي هيدروليكي خاك نيز معرفي شود.

Soil hydraulic properties are very important in hydrological cycle. The objective of this study was to explore the feasibility of estimating soil hydraulic parameters using diffused spectral reflectance data in visible, near-infrared and short-wave infra-red (350-2500 nm) ranges. Consequently, hyper-spectral reflectance of some soil samples was measured using a handheld spectroradiometer. After preprocessing the spectra, correlation between spectral data in each wavelength and Mualem van Genuchten hydraulic parameters ( , n and Ks*) were explored. Using stepwise multiple regression method, parametric spectro-transfer functions (PSTFs) were derived. According to the results, the largest correlation coefficients were obtained for and n at wavelengths 550 and 2300 nm, while Ks* parameter showed maximum correlation at wavelength 1927 nm. The parametric STFs showed similar results for (R=0.54) and n (R=0.58). The best results were obtained for Ks* parameter with R values equal to 0.76. The parametric STFs provided mean RMSR values of 0.017 cm3 cm-3 for all the pressure heads. Although the performance for MvG parameters was not very high, this approach can be considered as a novel application of soil spectroscopy and might be used as a useful indirect method for estimating soil hydraulic properties.