یونس خوشخو

سابقه و هدف: دمای سطح خاک یکی از متغیرهای کلیدی در بیلان انرژی سطح است که تحت تأثیر تابش خالص، شار گرمای محسوس و نهان قرار دارد و خود نیز بر شار گرمای ورودی به خاک تأثیر می‌گذارد. دمای سطح زمین (LST) یکی از مهم‌ترین محصولاتی است که توسط سنجنده‌هایی که در محدوده طیفی مادون قرمز حرارتی دارای فعالیت هستند قابل استخراج است. سنجنده MODIS یکی از مهم‌ترین این سنجنده‌هاست که بر روی دو ماهواره Aqua و Terra نصب شده است و قادر است دمای سطح زمین را در 4 زمان مختلف شبانه‌روز به‌دست دهد. نظر به ارتباط نزدیک دمای سطح زمین با متغیرهای هیدروکلیمائی، در این پژوهش از دماهای سطح زمین حاصل از این سنجنده جهت برآورد دمای اعماق مختلف خاک و تبخیر از تشت استفاده گردید. مواد و روش‌ها: برای انجام این پژوهش، ابتدا 6 ایستگاه هواشناسی سینوپتیک واقع در استان کردستان انتخاب شدند و برای این 6 ایستگاه، در کنار داده‌های دمای اعماق مختلف خاک و تبخیر از تشت، 4 دمای حاصل از سنجنده MODIS شامل LSTTerra-Night، LSTTerra-Day، LSTAqua-Night، LSTAqua-Day استخراج شدند. با میانگین‌گیری کردن از مقادیر دماهای سطح زمین شبانه و روزانه دو ماهواره Aqua و Terra، دو دمای میانگین شامل LSTTerra-Mean-Night&Day و LSTAqua-Mean-Night&Day نیز استخراج شدند. ابتدا سری‌های زمانی روزانه از کلیه متغیرهای فوق طی دوره آماری 2021-2002 استخراج شدند سپس با به‌کارگیری مدل رگرسیون چندگانه خطی به روش گام‌به‌گام، از دماهای شش‌گانه سطح زمین مذکور به‌عنوان متغیرهای پیش‌بینی‌کننده دمای اعماق مختلف خاک و تبخیر از تشت استفاده شد. فرایند کلی فوق در دو مقیاس ایستگاهی (برای هر کدام از 6 ایستگاه به‌صورت جداگانه) و منطقه‌ای (با در نظر گرفتن کل 6 ایستگاه به‌صورت یکپارچه) به انجام رسید. همچنین به جهت افزایش دقت مدل در اعماق پایین‌تر خاک، مقادیر دمای خاک در اعماق 50 و 100 سانتیمتری خاک با یک گام تأخیر زمانی روزانه بعنوان متغیرهای مستقل جدید به مدل اضافه شدند. فرایند اعتبارسنجی مدل‌های رگرسیونی در مقیاس ایستگاهی با در نظر گرفتن 75 درصد از کل داده‌های هر ایستگاه (دوره آماری 2016-2002) جهت واسنجی و 25 درصد باقیمانده داده‌ها (دوره آماری 2021-2017) جهت اعتبارسنجی به انجام رسید. در مقیاس منطقه‌ای نیز جهت اعتبارسنجی مدل‌های رگرسیونی از روش اعتبارسنجی متقابل تک‌نمونه‌ای (LOOCV) طی 6 مرحله مجزا (هر مرحله با حذف یک ایستگاه) استفاده شد. دو شاخص ضریب تعیین (R2) و میانگین قدر مطلق خطا (MAE) جهت سنجش عملکرد مدل‌ها بکار گرفته شدند و از شاخص میانگین اریبی خطا (MBE) نیز جهت ارزیابی بیش یا کم برآورد کردن مدل‌های رگرسیونی استفاده شد. یافته‌ها: نتایج حاصل از واسنجی مدل‌های رگرسیونی در هر دو مقیاس ایستگاهی و منطقه‌ای نشان داد که از بین شش دمای سطح زمین حاصل از سنجنده MODIS، مدل‌های رگرسیون خطی چندگانه‌ای که حاصل آمدند در اکثر موارد برای شبیه‌سازی دماهای اعماق مختلف خاک بر اساس چهار دمای سطح زمین و برای تبخیر از تشت بر اساس سه دمای سطح زمین حاصل آمدند. دو دمای میانگین شبانه‌روزی حاصل از دو ماهواره Aqua و Terra نقش چشمگیر و پررنگی در تمامی مدل‌های حاصله هم برای دماهای اعماق خاک و هم برای تبخیر از تشت داشتند. نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدل‌های رگرسیونی جهت شبیه‌سازی دمای اعماق مختلف خاک نشان داد که هم در مقیاس ایستگاهی و هم در مقیاس منطقه‌ای بر اساس هر دو شاخص ضریب تعیین و میانگین قدر مطلق خطا، مدل‌های رگرسیونی در شبیه-سازی دمای خاک در لایه‌های سطحی‌تر (عمق‌های 5 تا 30 سانتیمتری از سطح خاک) دارای عملکردی بالا (R2 نزدیک به 95/0) و در عمق 50 سانتیمتری خاک با مقداری افت در عملکرد (R2 نزدیک به 9/0) مواجه شدند. در عمق 100 سانتیمتری از سطح خاک، میزان افت عملکرد مدل (R2 نزدیک به 75/0) در مقایسه با لایه‌های سطحی چشمگیر بود. این افت در عملکرد مدل به این مسأله نسبت داده شد که دمای اعماق خاک قویاً وابسته به مقدار انرژی خالص رسیده به سطح خاک است و به هنگام نفوذ گرما از سطح خاک به اعماق پایین‌تر، این انرژی و موج گرما به تدریج مستهلک شده و سبب وابستگی کمتر دمای خاک در اعماق پایین‌تر به دمای سطح زمین می‌گردد.