تاثير به‌كارگيري پسماند زماني بين وقوع حداكثر دماي هوا و دماي خاك در بهبود روابط پيش‌بيني دماي خاك سالانه

Effect of using time-lag between maximum screen temperature and soil temperature in improving annual soil regression equations

دماي خاك يك متغير مهم فيزيكي است كه از توازن انرژي گرماي محسوس و نهان بين اتمسفر و سطح زمين تاثير مي‌پذيرد. دماي هوا و دماي خاك ارتباط فيزيكي معني‌داري با هم دارند زيرا هر دوي آن‌ها توسط توازن انرژي در سطح زمين تعيين مي‌شوند. به‌علت تفاوت ظرفيت حرارتي خاك با هوا، هميشه تاخير زماني بين زمان وقوع حداكثر دماي هوا (Ta) و بيشينه دماي خاك (Ts) وجود دارد. در اين پژوهش از اطلاعات مربوط به دماي خاك و دماي هوا طي سال‌هاي 2008-1993 ميلادي استفاده شد. ايستگاه‌هاي مورد مطالعه شامل اهواز، تبريز، ايلام، بابلسر و رشت مي‌باشند كه به‌ترتيب داراي اقليم خشك، نيمه‌خشك، مديترانه‌اي، مرطوب و بسيار مرطوب مي‌باشند. از آن‌جايي‌كه مطالعات محدودي در زمينه تاثير تاخير زماني در وقوع حداكثر دماي خاك نسبت به دماي هوا صورت گرفته است، بنابراين هدف از اين پژوهش ارزيابي اثر تعداد روزهاي تاخير (NLD) در روابط همبستگي Ts و Ta مي‌باشد. در اين پژوهش با استفاده از داده‌هاي دماي هوا (در ارتفاع 170 سانتي‌متري از سطح زمين) و دماي خاك (عمق‌هاي 50 و 100 سانتي‌متري) تعداد روزهاي تاخير بين دماي هوا و دماي خاك در مقياس سالانه محاسبه شد. براي محاسبه تعداد روزهاي تاخير بين دماي هوا (متغير وابسته) و دماي خاك (متغير مستقل) از دو روش همبستگي و سري فوريه استفاده شد. نتايج دو روش ذكر شده براساس معيارهاي RMSE، MAE، MBE و MPE مقايسه شد. در نهايت مقايسه سنجه‌هاي آماري نام‌برده نشان داد كه روش‌هاي ياد شده، نتايج تقريباً مشابهي داشتند. معادله‌هاي رگرسيوني (Ts-Ta) يك‌بار به‌صورت هم‌زمان و بار ديگر با اعمالNLD برقرار گرديد و ضريب تعيين بين مقادير مشاهده شده و محاسبه شده مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج به‌دست آمده در شهرهاي مختلف بيانگر تاثير معني‌دار روزهاي تاخير (پسماند) در بهبود رابطه‌هاي همبستگي Ta-Ts به‌ويژه در عمق 100 سانتي‌متري داشت. در ضمن تعداد روزهاي تاخير در شهرهاي مختلف به‌دليل تاثيرپذيري از اقليم منطقه، متفاوت به‌دست آمد.

Soil temperature is an important physical parameter that affects energy balance between the atmosphere and earth’s surface. Soil and air temperature which are controlled by surface energy balance, have strong physical relationship. Because of the difference in thermal capacity between air and soil temperature, lag time exists between the occurrence of maximum of soil (Ts) and air (Ta) temperatures. In this research, observed daily soil temperature (6 depths) and screen temperature (170 cm) data were used from 1993 to 2008 for different climates including: Ahvaz (arid), Tabriz (semi-arid), Ilam (Mediterranean), Babolsar (humid) and Rasht (hyper-humid). Since, there are limited studies which have investigated the lag-time between the occurrence of maximum soil temperature (Ts) and screen temperature (Ta), this study aims to investigate the role of the lag-time on annual Ts-Ta regression relations. We constructed various regression equations between maxima of Ts (at 50 and 100 m) and Ta (170 cm). Using correlation method and Fourier series approach, the time lag between Ts (independent variable) and Ta (dependent variable) was also determined for all the study sites. Results from the mentioned methods were compared by RMSE, MAE, MBE and MPE criteria against each other. The differences between the two methods were statistically insignificant. The numbers of lag days (NLD) were found to be nearly the same for either mentioned methods. Regression equations between two statistical pairs (Ts-Ta) were constructed for two different scenarios (with and without lag) and the corresponding coefficients of determination were compared for the above scenarios. Results revealed that inclusion of NLD could significantly improve the Ts-Ta regression equations (at P < 0.1 significant level), in particular for 100 cm depth. In addition, the NLD and the relevant equations were found to be different for each climate.