برخی از منابع:

مباشري، محمدرضا؛ خاوریان نهزك، حسن “۱۳۸۴ تجزِیه و تحلیل روشهاي اسـتفاده از مـاهواره در تعیین میزان تبخیر و تعرق” مجله علمی-پژوهشی علوم جغرافیا، دانشگاه تربیت معلم تهران جلد۳ شماره ۳ و.۴
 هاشمی نیا، مجید، ۱۳۷۸، تبخیر، تبخیـر-تعـرق و دادههـاي اقلیمـی، چـاپ، نـشر آمـوزش کـشاورزي وابسته به معاونت آموزش و تجهیز نیروي انسانی سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزي، کرج.

خاوریان نهزك، حسن. “۱۳۸۳برآورد تبخیر و تعرق با اسـتفاده از تـصاویر سـنجنده ” MODIS

پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

 علیزاده، ا، ۱۳۸۲، بهینه سازي سند ملی الگوي مصرف آب کشاورزي ایران (( نیاز خالص آبیـاري

محـصولات زراعـی و بـاغی ایـران))، جلـد :۳ اسـتان گلـستان، سـازمان هواشناسـی کـشور- وزارت جهـاد

کشاورزي، تهران.

 شاهرخی، م، ۱۳۸۲، تصحیح هندسی تصاویر سنجنده MODIS با استفاده از پارامترهـاي مـداري، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، تهران.
موقتی، س، ۱۳۸۲، بررسی امکان سـنجش آلـودگی هـواي تهـران بـا اسـتفاده از تـصاویر سـنجنده MODIS، پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، تهران.

مقدمه

ترکیب دو فرآیند جداگانه یکی تبخیر و دیگري تعرق پوششهاي گیاهی مجموعاً، تبخیر و تعرق (ET)1 را تشکیل میدهد. توانایی در پیشبینی ET ، سرمایهاي ارزشمند براي مدیران منابع آبی کشور بشمار میرود که میتواند براي برنامههاي توسعه کشت، وضع قوانین مصرف آب و مطالعات هیـدرولوژیکی رودخانـه هـا مفید باشد. محاسبه ET بطریق عملی و آزمایشگاهی با دقت بسیار بـالا و بـا اسـتفاده از روشهـاي تـوزین، همبستگی تلاطمی۲ و یا روش نسبت باون۳ امکانپذیر است. اما این روشها تنها مـیتواننـد میـزان ET را در یک نقطه و یا یک منطقه کوچک تعیین کنند و براي ناحیههاي وسیعتر قابـل اسـتفاده نیـستند. ایـن محـدودیت باعث ایجاد انگیزه در استفاده از دادههاي ماهوارهاي براي تعیین ET در سطوح وسیع شـده اسـت. یکـی از الگوریتم هایی که جهت برآورد ET با استفاده از تـصاویر مـاهواره اي مـورد توجـه بـسیار قـرار گرفتـه ، الگوریتم سبال SEBAL  می باشد .

این الگوریتم براي اولین بار توسط [۱] براي برآورد تبخیر از سفره هاي کم عمق آب زیرزمینی استفاده شد. [۲] این الگوریتم را توسعه داده و بـه منظـور اعتبارسـنجی آن از انـدازهگیـريهـاي وسـیع میـدانی در کـشورهاي چـین ، هنـد ، اسـپانیا و پاکـستان اسـتفاده نمودنـد. نتـایج نـشان داد کـه در ۸۵ درصـد مـوارد پارامترهاي بدست آمده از سبال با اندازهگیـريهـاي مزرعـهاي بـدون هیچگونـه واسـنجی مطابقـت داشـت. همچنین [۳] روشهاي موارد مختلف استفاده از این الگوریتم را مورد بحث قرار داده است.

-۲ مواد و روشها

-۱-۲ منطقه مورد مطالعه

منطقه مورد مطالعه در استان گلـستان در محـدوده جغرافیـایی ۵۴/۵۲ تـا ۵۴/۶۹ درجـه طـول شـرقی و ۳۷/۱۷ تا ۳۷/۰۹ درجه عرض شمالی واقع شده است. وسعت این ناحیه، ۱۳۸۷۵ هکتار مـیباشـد کـه مزرعـه نمونه ارتش گرگان و اراضی کشاورزي اطراف آنرا در بر میگیرد(شکل .(۱

در انتخاب منطقه مورد مطالعه چندین عامل در نظر گرفته شد :

۱ EvapoTranspiration 2 Eddy Correlation

Bowen Ratio Technique

۳

۲

-۱ وجود اراضی کشاورزي وسیع -۲ دارا بودن قطعات بزرگ از یک نوع کشت جهت انتخاب پیکسل سرد

-۳ وجود حداقل یک قطعه وسیع زمین کشاورزي تحت آیش و خشک جهت انتخاب پیکسل گرم -۴ هموار بودن منطقه

شکل (۱) موقعیت مکانی منطقه مورد مطالعه

-۲-۲ داده هاي مورد استفاده

تصاویر ماهوارهاي مورد استفاده شامل تصاویر MODIS در تاریخهاي ۵ می (ساعت ۱۱:۲۴ صبح) و ۷ ژوئن (ساعت ۱۲:۰۹ صبح) ۲۰۰۳ میلادي تهیه شده از سازمان فضائی ایران، تـصویرIRS − LISSIII در تاریخ ۱۱ می ۲۰۰۳ تهیه شده از سازمان جغرافیایی نیروهاي مسلح، نقشه توپوگرافی در مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ و گزارشها و داده هاي هواشناسی تهیه شده از سازمان هواشناسی کشور و اداره هواشناسی گرگان میباشد.

-۱-۲-۲ تصحیحات داده هاي ماهواره اي

۳

تصحیح هندسی دقیق تصاویر با قدرت تفکیک مکانی پایین مثل MODIS بسیار کار مشکلی است بعلـت اینکه یافتن نقاط برداشت شده زمینی در روي تـصویر امکـان پـذیر نیـست. تـصحیحات هندسـی در طـی دو مرحله بر روي تصاویر MODIS اعمال شد. ابتدا تصاویر با استفاده از پارامترهاي مداري تصحیح گردیدند که این عمل با استفاده از نرم افزار Scan magic در محل سازمان فضائی ایران انجام شد. مرحله بعـدي تصحیح با استفاده از تصویر تصحیح شده IRS-LISS III انجام شد. علت استفاده از تـصویر IRS-LISS III براي انجام تصحیح اینست که با توجه به فاصله زمانی نزدیک بـین ایـن تـصویر و تـصویر ۵ MODIS می، پوشش سطحی چندان تغییر نکرده و امکان یافتن نقاط مشابه در دو تصویر بیشتر و آسانتر است. عمـل تصحیح بر روي تصویر IRS-LISS III نیز در دو مرحله انجام شد: ابتـدا تـصاویر بـا پارامترهـاي مـداري تصحیح شده که این عمل در محل سازمان جغرافیایی نیروهاي مسلح انجام شـد. مرحلـه بعـدي تـصحیح بـا انتخاب نقاط کنترل از نقشه توپوگرافی ۱: ۵۰,۰۰۰ انجام شد که عمل تصحیح با روش چندجمله اي درجه یک و بازنویسی تصویر با روش نزدیکترین همسایگی صورت پذیرفت و از نقاط برداشـت شـده زمینـی (کـه بـه منظور مشخص کردن پیکسل هاي شاخص برداشت شده بود) به عنوان نقاط آزمون استفاده شد.

-۲-۲-۲ جمع آوري داده هاي هواشناسی

ایستگاه سینوپتیک هاشم آباد گرگان بعنوان ایستگاه مبنا انتخاب گردید و پارامترهاي هواشناسی ساعتی شامل تابش خورشیدي، رطوبت نسبی، سرعت باد و دما در روزهاي گذر مـاهواره از انـدازه گیریهـاي ثبـت شده توسط این ایستگاه براي روزهاي مورد نظر، استخراج گردید. همچنین براي بررسی وضـعیت بارنـدگی منطقه در روزهاي قبل از گذر ماهواره نیز از آمار مربوطه استفاده گردید.

-۳-۲ الگوریتم توازن انرژي براي سطح زمین (SEBAL)

با صرفنظر کردن از مقدار جزئی انرژي که صرف فتوسنتز و ذخیره گرما در گیاه میشود معادله توازن انرژي را میتوان بصورت زیر بیان کرد:

۴

Rn  G  H  λET (1)

که Rn تابش خالص، G شار گرماي خاك، H شارگرماي محسوس و λET شارگرماي نهان است. تمامی

واحدها بر حسب W/m2 میباشند.

الگوریتم توازن انرژي براي سطح زمین (سبال)، شارهاي گرماي سطحی را هم بـصورت لحظـهاي و هـم بصورت ۲۴ ساعته محاسبه میکند. شار گرماي نهان، انرژي مورد نیاز براي تبخیر و تعرق را نشان میدهد

و بصورت باقیمانده معادله توازن انرژي سطحی محاسبه میشود:

λET  Rn − G − H (2)

شار تابش خالص در سطح  R n با اسـتفاده از تمـامی شـارهاي تابـشی فـرودي و خروجـی از سـطح

بدست میآید :

(۳) Rn  ۱− α Rs↓  RL↓ − RL↑ − ۱− ε ۰ RL↓
که α آلبیدوي سطحی، R s↓ تابش موج کوتاه فرودي W/m 2 ، R L↓ تابش موج بلند فرودي  W/m 2 ،
R L↑ تابش موج بلند خروجی W/m 2 و ε ۰ گسیلمندي سطحی باند پهن میباشد.

آلبیدوي سطحی با تصحیح مقـدار آلبیـدوي بـالاي جـو ( (α toa بـراي اثـرات ناشـی از عبـور از اتمـسفر

محاسبه میشود:
(۴) toa − α path _ radiance α α 
τ ۲sw
که α toa آلبیدوي بالاي جو، α path _ radiance آلبیدوي معادل تابش مسیر و τ sw ضریب شفافیت اتمـسفري
است.
α toa بصورت زیر محاسبه میشود:
(۵) α toa  ∑ωλ  ρ λ 
که ρ λ انعکاس هر باند و ωλ ضریب وزنی براي هر باند است که بصورت زیر محاسبه میشود :
(۶) ESUNλ ωλ 
∑ESUNλ
که ESUNλ میانگین تابش فرودي خورشـید در بـالاي اتمـسفر بـراي هـر بانـد اسـت و بـصورت زیـر
محاسبه میشود:
۴πR2 B ESUNλ 
(۷) λ s
۴πRe2

۵

کــه Bλ تــابش جــسم ســیاه (خورشــید) در دمــاي معــین ۵۷۶۰) درجــه کلــوین)، Rs شــعاع خورشــید

۰٫۷  ۱۰۶ km2  و R e متوسط فاصله زمین تا خورشید  ۱۴۹٫۶  ۱۰۶ km2 میباشد.

مقادیر α path _ radiance بین ۰/۰۲۵ تا ۰/۰۴ قرار دارند. در سبال مقدار ۰/۰۳ براساس کار انجام شده

توسط [۴] پیشنهاد شده است.
τ sw بر اساس رابطه مبتنی بر ارتفاع که در [۵] آمده است، محاسبه میشود:
(۸) τ sw  ۰٫۷۵  ۲  ۱۰−۵  z

که z ارتفاع از سطح دریا بر حسب متر است. این ارتفاع بایستی به بهتـرین نحـو، معـرف ارتفـاع منطقـه

مورد نظر باشد که براي این کار ارتفاع ایستگاه هواشناسی بعنوان ارتفاع معرف، توصیه شده است.

تابش فرودي موج کوتاه، شار تابش خورشیدي مستقیم و پراکنده است که واقعاً بـه زمـین مـیرسـد. بـا

فرض شرایط آسمان صاف، می توان آنرا بصورت زیر براي زمان تصویر محاسبه کرد:

Rs↓  Gsc  cosθ  dr  τ sw (9)

که Gsc ثابت خورشیدي  ۱۳۶۷W/m2 ، cosθ کسینوس زاویه فرودي خورشـید، dr معکـوس مربـع فاصله نسبی زمین تا خورشید و τsw ضریب شفافیت اتمسفري است. مقادیر R s↓ بین ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ وات بر

متر مربع بسته به محل و زمان تصویر فرق میکند.

تابش موج بلند فرودي، شار تابش حرارتی از آسـمان بـسمت پـایین اسـت  W / m 2 کـه بـا اسـتفاده از

رابطه زیر محاسبه میشود:

RL↓  ۰٫۸۵ − lnτ sw .۰۹  σ  T 4cold (10)

که τ sw ضریب شفافیت اتمسفري مـوج کوتـاه، Tcold دمـاي سـطحی پیکـسل سـرد و σ ثابـت بـولتزمن

۵٫۶۷ ۱۰−۸W / m2 / K 4  میباشد.
RL↑ با استفاده از معادله استفان – بولتزمن محاسبه میشود:

RL↑  ε ۰  σ  Ts4 (11)

که ε ۰ گسیلمندي سطحی باند پهـن (بـدون بعـد)، σ ثابـت بـولتزمن  ۵٫۶۷ ۱۰−۸W / m2 / K 4 و Ts

دماي سطحی  K است. مقادیر RL↑ بسته به محل و زمان تصویر از ۲۰۰ تا ۷۰۰ وات بر متـرمربـع تغییـر میکنند.

۶

شار گرماي خاك، انرژي استفاده شده براي گرم کردن خاك است و بـا اسـتفاده از معادلـه تجربـی زیـر

محاسبه میشود.

۴  ۰٫۰۰۳۸α۰ .۰۰۷α۲۱−۰٫۹۸NDVI T  G
(۱۲) s
α R
n

که Ts دماي سطحی  C ، α آلبیدوي سطحی و NDVI شاخص تفاضل نرمال شده گیاهی است. شار گرماي محسوس، میزان هدر رفت گرما به هوا بوسیله همرفت و هدایت مولکولی بعلت اخـتلاف دمـا

میباشد که با استفاده از معادله زیر محاسبه میشود:

(۱۳) ρC p dT H 

کــه ρ چگــالی هــوا  kg / m 3 ، rah
C p گرمــاي ویــژه هــوا  ۱۰۰۴J / kg / K ، K  dT اخــتلاف دمــاي
T1 − T2  بین دو ارتفاع  z 2و z1 و rah مقاومت آئرودینامیکی براي انتقال گرماست . s / m