بررسي قابليت مدل توازن انرژي سطح (سبال) و متغيرهاي بيوفيزيك حاصل از داده‌هاي ماهواره‌اي در تخمين رطوبت خاك در مناطق خشك

(Assessment of Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) model and biophysical parameters derived from remotely- sensed data in estimating of soil moisture in arid lands (Case study: Jarghoye, Isfahan

يكي از مولفه‌هاي كليدي در مطالعه انرژي و فرآيندهاي هيدرولوژيكي رطوبت خاك است كه به‌دليل سختي اندازه‌گيري مستقيم آن، به روش غير مستقيم اندازه‌گيري مي‌شود. بسياري از روش‌هاي موجود مانند اينرسي حرارتي، شاخص‌هاي پوشش گياهي، دما و شاخص طيفي نرمال شده آب (NDWI) داراي محدوديت‌هاي ويژه اي از قبيل عدم تصويربرداري در شب و روز و تفاوت در روش محاسبه براي ساعات مختلف شبانه روزي هستند. بنابراين، پيدا كردن روشي جديد براي محاسبه رطوبت خاك كه مبتني بردماي خاك يا تغييرات طيفي آب و خاك باشد، بسيار ضروري است. اگرچه رطوبت خاك به‌طور مستقيم در خوارزميك (الگوريتم) توازن انرژي محاسبه نمي‌شود، ولي به‌دليل اين‌كه از تمامي متغيرهاي اثر گذار بر تغييرات رطوبت خاك براي محاسبه تبخير تعرق در مدل توازن انرژي استفاده مي‌شود، مي‌توان از اين مدل براي محاسبه رطوبت خاك استفاده كرد. منطقه خشك جرقويه سفلي به‌عنوان منطقه مورد مطالعه در مجاورت پلاياي گاوخوني در استان اصفهان قرار دارد. اين منطقه با نوسانات اقليمي و همچنين خشك شدن تالاب درسال‌هاي اخير با كاهش رطوبت خاك روبرو بوده است. هدف از اين پژوهش بررسي قابليت مدل‌هاي توازن انرژي مبتني بر تصاوير ماهواره‌اي و ارزيابي متغيرهاي بيوفيزيك حاصل از تصاوير ماهواره‌اي در تخمين رطوبت خاك است. داده‌هاي مورد استفاده در اين پژوهش شامل تصاوير سنجنده موديس در روزهاي تقويم ميلادي 320 و 321 سال 2014 و نتايج اندازه‌گيري زميني 33 نمونه خاك برداشت شده از عمق 30-0 سانتيمتر است. با اندازه‌گيري رطوبت خاك به‌صورت نقطه‌اي و محاسبه آن به روش رطوبت حجمي، تبخير و تعرق با استفاده از خوارزميك توازن انرژي (سبال) برآورد شد. بر اساس نتايج اين پژوهش، همبستگي بين متغيرهاي بهره گيري شده در خوارزميك سبال و اندازه‌گيري زميني رطوبت خاك بالا است. از ميان متغيرهاي سبال؛ بيشترين همبستگي بين رطوبت خاك و تبخير تعرق روازنه خوارزميك سبال به مقدار 51/0 و 68/0 براي روزهاي 16و 2014/11/17 مشاهده شد. با وجود همبستگي معني‌دار به‌دست آمده بين متغيرهاي مختلف الگوريتم سبال شامل آلبيدوي سطح، شار گرمايي خاك، شار گرمايي محسوس تابش خالص و دماي سطحي با رطوبت خاك، تبخير و تعرق حاصل از خوارزميك سبال متغير مناسب تري در برآورد رطوبت سطح خاك تشخيص داده شد.

One of the key components of energy and hydrological processes is Soil moisture, which is measured indirectly, because of exiting some problems in measuring directly. Some existing methods such as thermal inertia, vegetation indices, temperature and water indices (e.g. NDWI) has certain limitations such as difficulties in capturing images of day and night times, and differences in method of calculating of thermal inertia for different hours in a day. Therefore, finding a new method for calculating of soil moisture based soil temperature or Water and soil spectral changes is very necessary. Although soil moisture is not calculated directly in the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL), since all parameters that have effect on Soil moisture changes, consider for calculating evapotranspiration in SEBAL, this model can be used to calculate Soil moisture. Jarghoye-Sofla, as the Study area, is located adjacent to the Gavkhoni playa, Isfahan province. The Study area, has faced with declining in soil moisture, as a result of climatic fluctuations, and drying of the wetlands in recent years. The purpose of this research is assessing of the remote sensed based surface energy balance model, and evaluation of biophysical parameters derived from Satellite imagery to estimate Soil moisture. Data used in this research, consisted of MODIS satellite images and measurements of 33 Soil samples taken at depth of 0-30 cm. By measuring point Soil moisture, and calculating volumetric Soil moisture, the rate of evapotranspiration was estimated using the SEBAL model. Then, correlation between the parameters used in the SEBAL and ground measurements of soil moisture was evaluated Results show high correlation between parameters of the SEBAL and soil moisture. The highest correlation was determined between the SEBAL algorithm daily evapotranspiration and soil moisture for days of 16 and 17 November,2014 with values of 0.51 and 0.68, respectively.