بررسی قابلیت مدل توازن انرژی سطح (سبال) و متغیرهای بیوفیزیک حاصل از داده‌های ماهواره‌ای در تخمین رطوبت خاک در مناطق خشک

یکی از مولفه‌های کلیدی در مطالعه انرژی و فرآیندهای هیدرولوژیکی رطوبت خاک است که به‌دلیل سختی اندازه‌گیری مستقیم آن، به روش غیر مستقیم اندازه‌گیری می‌شود. بسیاری از روش‌های موجود مانند اینرسی حرارتی، شاخص‌های پوشش گیاهی، دما و شاخص طیفی نرمال شده آب (ndwi) دارای محدودیت‌های ویژه ای از قبیل عدم تصویربرداری در شب و روز و تفاوت در روش محاسبه برای ساعات مختلف شبانه روزی هستند. بنابراین، پیدا کردن روشی جدید برای محاسبه رطوبت خاک که مبتنی بردمای خاک یا تغییرات طیفی آب و خاک باشد، بسیار ضروری است. اگرچه رطوبت خاک به‌طور مستقیم در خوارزمیک (الگوریتم) توازن انرژی محاسبه نمی‌شود، ولی به‌دلیل این‌که از تمامی متغیرهای اثر گذار بر تغییرات رطوبت خاک برای محاسبه تبخیر تعرق در مدل توازن انرژی استفاده می‌شود، می‌توان از این مدل برای محاسبه رطوبت خاک استفاده کرد. منطقه خشک جرقویه سفلی به‌عنوان منطقه مورد مطالعه در مجاورت پلایای گاوخونی در استان اصفهان قرار دارد. این منطقه با نوسانات اقلیمی و همچنین خشک شدن تالاب درسال‌های اخیر با کاهش رطوبت خاک روبرو بوده است. هدف از این پژوهش بررسی قابلیت مدل‌های توازن انرژی مبتنی بر تصاویر ماهواره‌ای و ارزیابی متغیرهای بیوفیزیک حاصل از تصاویر ماهواره‌ای در تخمین رطوبت خاک است. داده‌های مورد استفاده در این پژوهش شامل تصاویر سنجنده مودیس در روزهای تقویم میلادی 320 و 321 سال 2014 و نتایج اندازه‌گیری زمینی 33 نمونه خاک برداشت شده از عمق 30-0 سانتیمتر است. با اندازه‌گیری رطوبت خاک به‌صورت نقطه‌ای و محاسبه آن به روش رطوبت حجمی، تبخیر و تعرق با استفاده از خوارزمیک توازن انرژی (سبال) برآورد شد. بر اساس نتایج این پژوهش، همبستگی بین متغیرهای بهره گیری شده در خوارزمیک سبال و اندازه‌گیری زمینی رطوبت خاک بالا است. از میان متغیرهای سبال؛ بیشترین همبستگی بین رطوبت خاک و تبخیر تعرق روازنه خوارزمیک سبال به مقدار 51/0 و 68/0 برای روزهای 16و 17/11/2014 مشاهده شد. با وجود همبستگی معنی‌دار به‌دست آمده بین متغیرهای مختلف الگوریتم سبال شامل آلبیدوی سطح، شار گرمایی خاک، شار گرمایی محسوس تابش خالص و دمای سطحی با رطوبت خاک، تبخیر و تعرق حاصل از خوارزمیک سبال متغیر مناسب تری در برآورد رطوبت سطح خاک تشخیص داده شد.

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)

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. JarghoyeSofla, 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 030 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.