ارزیابی تبخیرتعرق سنجنده مودیس با تبخیرتعرق پنمنمانتیث فائو 56 و پریستلیتیلور در اقلیمهای متفاوت ایران

سابقه و هدف: تبخیرتعرق از مهم‌ترین مولفه‌ها در بخش زمینی چرخه هیدرولوژی است که به‌عنوان رابط چرخه آب و انرژی، در برهم‌کنش جو و سطح نقش مهمی را بر عهده دارد. دسترسی به تصاویر سنجش‌ازدور امکان مطالعات مکانی و زمانی تبخیرتعرق شامل: تبخیرتعرق واقعی (aet) و پتانسیل (pet) را به‌خوبی فراهم کرده است. تبخیرتعرق محصول mod16a2 سنجنده مودیس در بین تصاویر سنجش‌ازدور، به‌دلیل توان تفکیک‌های بسیار مناسب مکانی (500 متر) و زمانی (8 روزه) در مطالعات منطقه‌ای در نواحی فاقد داده می‌تواند بسیار مفید باشد.مواد و روش‌ها: این پژوهش محصول تبخیرتعرق پتانسیل زمینی جهانی سنجنده مودیس (mod16a2) را با دو روش تبخیرتعرق مرجع پنمنمانتیث فائو 56 و پریستلیتیلور در ایستگاه‌های هواشناسی در دوره زمانی 2001 تا 2018 مورد ارزیابی قرارداد. محدوده موردمطالعه واقع در استان‌های جنوب غرب ایران (خوزستان و بوشهر)، غرب ایران (استان‌های همدان و کرمانشاه) و شمال ایران (استان‌های گیلان و مازندران) است که بر اساس روش یونسکو از خشک تا خیلی مرطوب طبقه‌بندی شد. سپس تبخیرتعرق مرجع پنمن مانتیث فائو 56 و پریستلیتیلور با استفاده از داده‌های هواشناسی با پکیج evapotranspiration در نرم‌افزار r و داده‌های تبخیرتعرق پتانسیل محصول mod16a2 از سامانه google earth engine آماده شدند. سپس این دادهها بر اساس شاخص‌های ارزیابی در اقلیم‌های متفاوت با یکدیگر مقایسه شدند.یافته‌ها: محصول mod16a2 تبخیرتعرق را نسبت به هر دو روش پنمن مانتیث فائو 56 و پریستلیتیلور در تمام تیپ‌های اقلیمی بیش برآورد می‌کند و دارای واریانس بیش‌تری در داده‌ها است. ویژگی‌های آماری mod16a2 شامل: چارک‌های اول و سوم در اقلیم‌های خشک و نیمه‌خشک با تبخیرتعرق پنمنمانتیث فائو 56 اختلاف کمتری نسبت به روش پریستلیتیلور دارد، درحالی‌که چارک‌های اول و سوم mod16a2 در اقلیم‌های نیمه مرطوب، مرطوب و خیلی مرطوب شباهت بیشتری به تبخیرتعرق پریستلیتیلور دارد. هم‌چنین mod16a2 چرخه فصلی تبخیرتعرق را به‌خوبی برآورد می‌کند، اما تاریخ وقوع بیشینه‌های mod16a2 در تمام تیپ‌های اقلیمی، اکثراً با یک هفته تقدم رخ می‌دهد. تبخیرتعرق محصول mod16a2 در برآورد تبخیرتعرق پنمنمانتیث (پریستلیتیلور) در اقلیم‌های خشک و نیمه‌خشک (نیمه مرطوب تا خیلی مرطوب)، به‌ویژه نیمه‌خشک با زمستان سرد و تابستان گرم (خیلی مرطوب)، به‌دلیل خطاهای کوچک مدل شامل pbias و rmse به ترتیب در محدوده 5/463/40 درصد وmm/8d 6/194/14 (محدوده 975/72 درصد وmm/8d 5/246/18) و ضرایب بالای توافق اصلاح‌شده در محدوده 61/05/0 (5/037/0)، تبین وزنی در محدوده 63/055/0 (51/044/0) موفق است. هم‌چنین رابطه خطی قوی بین mod16a2 تبخیرتعرق پریستلیتیلور و پنمنمانتیث در اکثر تیپ‌های اقلیمی، به‌دلیل ضرایب همبستگی بالا (بیش‌تر از 85/0) وجود دارد. نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش بیانگر عدم قطعیت کمتر تبخیرتعرق محصول mod16a2 با تبخیرتعرق پنمن مانتیث فائو 56 در اقلیم‌های ‌خشک و نیمه‌خشک، به‌ویژه نیمه‌خشک است، درحالی‌که در اقلیم‌های نیمه مرطوب تا مرطوب mod16a2 عدم قطعیت کمتری در تبخیرتعرق پریستلیتیلور دارد. هم‌چنین تبخیرتعرق سنجنده مودیس با روش پنمنمانتیث فائو 56 و در اقلیم‌های نیمه‌خشک کمترین عدم قطعیت را با توجه به کم‌ترین خطاها دارد؛ بنابراین با توجه به تغییرات اقلیمی اخیر در خصوص افزایش دما و درنتیجه افزایش تبخیرتعرق، به‌ویژه در نواحی خشک و نیمه‌خشک جهان و پیشنهاد روش پنمنمانتیث فائو 56 به‌عنوان روش استاندارد برآورد تبخیرتعرق توسط فائو، تبخیرتعرق mod16a2 می‌تواند نقش کلیدی را در برنامه‌ریزی‌های آبیاری، مدیریت منابع آب و پایش خشک‌سالی در نواحی فاقد داده واقع در اقلیم‌های خشک و نیمه‌خشک (به‌ویژه نیمه‌خشک) ایفا کند.

The Evaluation of Evapotranspiration Product of MODIS with PenmanMontieth FAO 56 and PriestleyTaylor Evapotranspiration at the Different Climate Types of Iran

AbstractBackground and PurposeEvapotranspiration is one of the most critical components in the land branch of the hydrological cycle, which, as the link between water and energy cycles, plays an essential role in the interaction of the atmosphere and surface. Getting access to remote sensing images has made it possible to study evapotranspiration spatially and temporally, including actual evapotranspiration (AET) and potential evapotranspiration (PET). Evapotranspiration of the MOD16A2 MODIS sensor can be very useful among remote sensing images due to its very appropriate spatial (500 m) and temporal (8 daily) resolutions in regional studies in areas without data.Materials and MethodsThis study evaluated the MODIS global terrestrial potential evapotranspiration product (MOD16A2) using two reference evapotranspiration methods of PenmanMonteith FAO 56 and PriestleyTaylor in meteorological stations from 2001 to 2018. The study area is located in the southwestern provinces of Iran (Khuzestan and Bushehr), west of Iran (Hamedan and Kermanshah provinces), and north of Iran (Guilan and Mazandaran provinces), which is classified from arid to perhumid according to the UNESCO method. Then, PenmanMonteith FAO 56 and PriestleyTaylor reference evapotranspiration was prepared using meteorological data with the Evapotranspiration package R software, and the potential evapotranspiration data of the MOD16A2 product was provided using the Google Earth Engine system. Then, these data were compared based on evaluation metrics in different climates.FindingsCompared to both the PenmanMonteith FAO 56 and PriestleyTaylor methods, the MOD16A2 product overestimates evapotranspiration in all climate types and has greater variance in data. The statistical properties of the MOD16A2 include: the first and third quarters in arid and semiarid climates with PenmanMonteith FAO 56 evapotranspiration is less different than the PriestleyTaylor method. In contrast, the first and third quarters of the MOD16A2 are more similar to the PriestleyTaylor evapotranspiration in semihumid, humid, and perhumid climates. MOD16A2 also estimates the seasonal evapotranspiration cycles well, but the date of the MOD16A2 peaks in all climate types occur mostly with oneweek precedence. The evapotranspiration of the MOD16A2 is successful in estimating the PenmanMonteith (PriestleyTaylor) evapotranspiration in arid and semiarid climates (semihumid to perhumid climates), particularly semiarid with cold winters and hot summers climate (perhumid climate), due to the small errors of the model, including PBIAS and RMSE respectively in the range of 40.346.5% and 14.196.6mm/8d (the range of 72.597% and 624.5 mm/8d), the high coefficient of the modified agreement index in the range of 0.50.61 (0.370.5), weighted determination in the range of 0.550.63 (0.440.51). Moreover, there is a strong positive linear relationship among MOD16A2, PriestleyTaylor, and PenmanMonteith in most climate types, because of their high correlation coefficients (more than 0.85).ConclusionThe results of this study indicate less uncertainty in evapotranspiration of the MOD16A2 product with the PenmanMonteith FAO 56 method in the semiarid and arid climates, especially semiarid climates. In contrast, in the semihumid to hyperhumid climates, MOD16A2 product has less uncertainty with the PriestleyTaylor method. Also, the MOD16A2 product has the least uncertainty in the semiarid climates due to the least errors. Therefore, considering the recent climate change in terms of increasing temperature and consequently increasing evapotranspiration, particularly in arid and semiarid regions around the world, and proposing the PenmanMonteith FAO 56 as the standard method of estimating evapotranspiration by FAO, the MOD16A2 evapotranspiration can play a crucial role in irrigation planning, water resources management, and drought monitoring in the arid and semiarid climates without any observed dataset, especially semiarid climates.