تاثير رطوبت جو در برآورد مشخصه‌هاي وارونگي دمايي از تصاوير ماهواره‌اي MODIS

The Effect of Atmospheric Moisture on the Estimation of the Temperature Inversion Characteristics from MODIS Images

وارونگي دمايي زماني رخ مي‌دهد كه در تروپوسفر و تا ارتفاعي مشخص، با افزايش ارتفاع، دما افزايش يابد. از مشخصه‌هاي وارونگي دمايي، پارامترهاي قدرت و عمق وارونگي دمايي است. قدرت وارونگي به اختلاف دمايي بين قله وارونگي و سطح زمين اطلاق مي‌شود و ارتفاع متناظر با اين اختلاف دمايي، عمق وارونگي نام دارد. راهكار متداول براي تعيين اين مشخصه‌ها، اندازه‌گيري‌هاي ميداني به‌وسيله راديوساند است، كه نوعي اندازه‌گيري نقطه‌اي در جو قلمداد مي‌شود. به‌منظور مدل‌سازي براي استخراج مشخصه‌هاي وارونگي دمايي از تصاوير ماهواره‌اي مي‌توان ارتباط بين اختلاف دماي درخشندگي زوج باندهاي مختلف با قدرت و عمق وارونگي دمايي منتج از داده‌هاي راديوساند را به‌دست آورد. در پي شايع‌بودن پديده وارونگي دمايي در شهر تهران، ايستگاه هواشناسي فرودگاه مهرآباد تهران به‌عنوان منطقه نخست مورد مطالعه انتخاب شد. ضرايب همبستگي خطي به‌دست‌آمده بين اختلاف دماي درخشندگي زوج باندهاي مختلف با عمق و قدرت وارونگي محاسبه‌شده از داده‌هاي راديوساند بسيار ضعيف بود كه مي‌تواند ناشي از تغييرات زياد بخارآب جو و قدرت و عمق وارونگي دمايي نسبتاً ضعيف روي‌داده در تهران باشد. براي اثبات فرضيه مذكور، در ادامه روند تحقيق حاضر، عوامل موثر در افزايش ضريب همبستگي خطي بين اختلاف دماي درخشندگي زوج باندهاي مذكور با عمق و قدرت وارونگي محاسبه‌شده از داده‌هاي راديوساند بررسي شدند. با توجه به روي‌دادن وارونگي‌هاي عميق‌ و قدرتمند‌تر در منطقه كرمانشاه درمقايسه با تهران، اين منطقه به‌عنوان منطقه دوم مورد مطالعه انتخاب شد. افزايش ضرايب همبستگي محاسبه‌شده براي كرمانشاه نشان‌دهنده تاثير عامل ميزان قدرت و عمق وارونگي دمايي است. براي مثال، ضريب همبستگي بين BT7.2-BT11 با قدرت و عمق وارونگي دمايي در تهران به‌ترتيب 16/0 و 32/0 و در كرمانشاه به‌ترتيب 51/0 و 70/0 است. به‌منظور بررسي تاثير ميزان بخار آب موجود در جو بر ضرايب همبستگي، با توجه به آنكه ميزان بخار آب موجود در جو طي فصول سرد كمتر از فصول گرم است، داده‌هاي تهران و كرمانشاه به دو دسته تمام فصول و فصول سرد تقسيم شدند. افزايش ضرايب همبستگي محاسبه‌شده براي تهران و كرمانشاه طي فصول سرد نشان‌دهنده تاثير عامل ميزان بخار آب موجود در جو است. به‌عنوان نمونه، ضريب همبستگي بين BT7.2-BT11 با قدرت و عمق وارونگي دمايي در كرمانشاه براي تمامي فصول به‌ترتيب 51/0 و 70/0 و طي فصول سرد به‌ترتيب 78/0 و 85/0 است.

Increase of temperature with height in the troposphere is called temperature inversion. Parameters such as strength and depth are characteristics of temperature inversion. Inversion strength is defined as the temperature difference between the surface and the top of the inversion and the depth of inversion is defined as the height of the inversion from the surface. The common approach in determination of these parameters is field measurements by Radiosonde. On the other hand the Radiosonde data are too sparse, so using satellite images is essential for modeling the temperature inversion. Necessary condition for the temperature inversion modeling using satellite images, examine the relationship between the brightness temperature difference with the temperature inversion strength and depth of the resulting data is Radiosonde. Temperature inversion phenomenon is common in Tehran. So Mehrabad airport weather station was selected as the 1st study area. Then correlation coefficients between Brightness temperature differences of different band pairs and the inversion depth and strength collected by Radiosonde were calculated. The results showed weak linear correlation. This could be due to the change of the atmospheric water vapor content and the relatively weak temperature inversion strength and depth occurred in Tehran. Proving this hypothesis is an innovation in the present work, in continuation of this research, the factors increasing the linear correlation coefficient was investigated. Due to the presence of deeper and stronger temperature inversion in Kermanshah, this region was chosen as the second studied region. The calculated correlation coefficients increased for Kermanshah all due to increase in the strength and depth of the temperature inversion in this region. Knowing that the amount of water vapor in the atmosphere in winter is less than warm seasons, Tehran and Kermanshah data were divided into two all seasons and cold seasons. Increase of correlation coefficients for both Tehran and Kermanshah in the cold season verifies the effect of atmospheric water content. For instance, the correlation coefficient between BT7.2-BT11 with strength and depth of inversion for Kermanshah for all season are 0.51 and 0.70 respectively. This for cold season was boosted to 0.78 and 0.85. Keywords: Temperature Inversion, MODIS, Radiosonde, Moisture.