بررسی کاربرد شاخص جدید خشکسالی کشاورزی بر مبنای رطوبت خاک و شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده به کمک داده های سنجش از دور ماهواره های SMAP و TERRA
محورهای موضوعی : خشکسالی در هواشناسی و کشاورزی
علی اکبر کرموند
1
(دانشجو دکتری، گروه مدیریت ساخت و آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
سید عباس حسینی
2
(استادیار، گروه مدیریت ساخت و آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
احمد شرافتی
3
(استادیار، گروه مدیریت ساخت و آب، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.)
کلید واژه: خشکسالی, رطوبت خاک, سنجش از دور, شاخص پوشش گیاهی, شاخص خشکسالی کشاورزی,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: در روش های اندازه گیری عوامل اثرگذار بر پدیده خشکسالی به صورت میدانی همواره چالش تفکیک مکانی و پیوستگی زمانی و همچنین نیاز به حضور نیروی انسانی کنترل کننده مطرح است. اما به علت توانایی سنجش از دور در اندازه گیری داده های خشکسالی در وسعت تمام سطح کره زمین و با قدرت تفکیک مکانی و زمانی قابل قبول، امروزه استفاده از سنجش از دور در کنترل و رصد خشکسالی بیش از پیش گسترش یافته است و به ابزاری قدرتمند در دست کارشناسان تبدیل شده است. در این پژوهش با استفاده از داده های سنجش از دور بر مبنای دو مؤلفه رطوبت خاک سطحی و شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده (EVI)، شاخص خشکسالی کشاورزی جدیدی به نام (SMADIN) پیشنهاد شده است.روش پژوهش: در راستای هدف تولید شاخص خشکسالی بر مبنای رطوبت خاک، از داده های رطوبت خاکِ مربوط به اندازه گیری های تا عمق 5 سانتیمتری به روش سنجش از دور ماهواره SMAP ، موسوم به داده های رطوبت خاک سطحی استفاده شد. این داده ها پیش از استفاده، با داده های روزانه رطوبت خاک میدانی تهیه شده توسط سازمان هواشناسی کشور در بازه 250 روزه اعتبار سنجی شده است. خطای مرحله اعتبار سنجی به روش خطای جذرِ میانگینِ مربعات بین داده های ماهواره ای اندازه گیری های روزانه انجام شد. بعلاوه شاخص EVI از روش محاسبه برخط داده های اندازه گیری ماهواره TERRA و سنجنده MODIS بدست آمده است. در نهایت به روش تحلیلی، رابطه شاخص خشکسالی بر اساس رطوبت خاک سطحی پیشنهاد شده است. جهت مقایسه عملکرد این شاخص در شرایط آب و هوایی مختلف دو منطقه نمونه که یکی نماینده آب و هوای خشک و دیگری نماینده آب و هوای مرطوب بودند انتخاب شد. ماتریسِ همبستگی به روش پیرسون برای شاخص خشکسالی کشاورزی SMADIN در مقابل شاخص سلامت پوشش گیاهی VHI رسم گردید و در خصوص نتایج بحث و بررسی انجام شد.یافته ها: نتایج اعتبارسنجی نشان داد که رطوبت خاک اندازه گیری شده به روش میدانی در مناطق با کاربری اراضی مشابه در مقابل اندازه گیری سنجش از دور، دارای میانگین خطا جذر میانگین مربعات m^3/m^3 05/0 بوده است. نتایج تحقیق نیز نشان می دهد شاخص خشکسالی کشاورزی جدید در مقابل شاخص VHI، در منطقه با آب و هوای مرطوب تا میزان 96% و در منطقه خشک 98% همبستگی دارد. بعلاوه مقایسه 5 ساله سری زمانی SMADIN و VHI در منطقه مورد در اوج ها و کمینه ها و فراز و فرودها همزمانی دیده می شود.نتایج: در این پژوهش یک شاخص خشکسالی کشاورزی بر مبنای رطوبت خاک پیشنهاد شد. به اعتقاد نویسندگان این پژوهش در سال های اخیر که عمر ارائه داده های ماهواره SMAP بیشتر از 7 سال شده است، امکان استفاده از این شاخص در مطالعات آتی وجود دارد. با در نظر گرفتن خطای احتمالی داده های SMAP و TERRA در تامین ورودی های شاخص خشکسالی، پیشنهاد می شود این شاخص در مطالعات آتی در مناطق خشک مانند مناطق مرکزی و جنوبی کشور بیشتر استفاده گردد.
Background and Aim: There are always challenges of spatial and temporal resolution in-situ measurement methods of factors affecting drought phenomena, and the presence of human operators is required. However, due to remote sensing's ability to measure data on the entire surface of the planet with an acceptable spatial and temporal resolution, its use in controlling and observing drought has grown more than ever, and it has become a powerful tool in the hands of experts. In this study, based on two components of surface soil moisture and modified vegetation index (EVI) by applying remote sensing data, a new agricultural drought index named (SMADIN) is proposed.Method: To achieve the goal of proposing a drought index based on soil moisture, surface soil moisture data from the SMAP satellite of 5 cm depth was used. These data were validated before use against daily field measurements provided by the Iranian Meteorological Organization over a 250-day period. Validation step error was evaluated using the root mean square error method between satellite data and field measurements. Furthermore, the EVI index was calculated using data from the TERRA satellite and the MODIS sensor. Eventually, an analytical method is used to propose a drought index based on soil moisture. In order to compare the performance of this index in different weather conditions, two regions were chosen, one representing a dry climate and the other a wet climate. Then, the correlation matrix was plotted by the Pearson method for SMADIN agricultural drought index versus vegetation health index (VHI) and the results were discussed.Results: Validation showed that field data measured in land use similar to remote sensing had an average root mean square error of 0.05 .The results indicate that the new agricultural drought index correlates up to 96% with VHI in the humid climate and 98% in arid regions. In addition, a 5-year comparison of the new SMADI and VHI time series in the study area demonstrates synchrony in peaks, minimums, increases, and decreases.Conclusion: An agricultural drought index based on soil moisture is proposed in this study. We believe that, in recent years, when the lifetime of the SMAP satellite data exceeds 7 years, it is possible to use this index in future studies. Considering the possible error of SMAP and TERRA data in providing drought index, it is suggested to use this index in future studies in dry regions such as the central and southern regions of Iran.
_||_