یونس خوشخو

چکیده در این تحقیق یک ارزیابی کلی از پتانسیل تصاویر سنجنده MODIS جهت برآورد توزیع مکانی تبخیر و تعرق مرجع ماهانه در حوضه دریاچه ارومیه با بهره گیری از دماهای سطح زمین مستخرج از این سنجنده انجام شد. 16 ایستگاه سینوپتیک (12 ایستگاه در داخل حوضه و 4 ایستگاه در اطراف حوضه) طی دوره آماری 2021-2000 در نظر گرفته شدند. مدل فائو – پنمن – مانتیث بعنوان مدل مبنا جهت محاسبه تبخیر و تعرق مرجع بکار گرفته شد و جهت برآورد توزیع مکانی تبخیر و تعرق مرجع در کل منطقه، از مدل های دما – محور (شامل مدل بلانی – کریدل و 5 فرم مختلف از مدل هارگریوز – سامانی) استفاده شد. ابتدا مقادیر میانگین ماهانه پارامترهای دمایی (شامل حداقل، حداکثر و میانگین دمای هوا) برای 16 ایستگاه مورد مطالعه طی دوره آماری مذکور و همچنین دماهای سطح زمین حاصل از تصاویر ماهواره ای برای این ایستگاه ها طی این دوره آماری استخراج شدند و بر اساس آنها، مدل های رگرسیونی جهت برآورد پارامترهای دمای حداکثر، دمای حداقل و دمای میانگین در سطح کل حوضه ساخته شدند و از برآوردهای حاصل از این مدل ها بعنوان ورودی مدل های دما – محور برآورد تبخیر و تعرق مرجع استفاده شد و نتایج حاصله مورد اعتبارسنجی قرار گرفت. نتایج حاصل از مقایسه مدل های دما – محور با مدل فائو – پنمن – مانتیث حاکی از عملکرد مناسب تر یکی از مدل هارگریوز – سامانی تعدیل یافته بود که بعنوان مدل نهایی جهت برآورد توزیع مکانی تبخیر و تعرق مرجع در منطقه مورد مطالعه در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که امکان برآورد با دقت مناسب پارامترهای ماهانه دمایی (حداقل، حداکثر و میانگین دمای هوا) بر اساس داده های دمای سطح زمین حاصل از تصاویر ماهواره ای وجود دارد و با توجه به در دسترس بودن توزیع مکانی دماهای سطح زمین (در دسترس بودن تصاویر ماهواره ای) در کل منطقه و در بازه زمانی مورد مطالعه، می توان توزیع مکانی مقادیر حداقل، حداکثر و میانگین دمای هوا در مقیاس ماهانه را برآورد کرد و از آنها بعنوان ورودی مدل های دما – محور جهت برآورد توزیع مکانی تبخیر و تعرق مرجع در منطقه مورد مطالعه با دقتی مناسب استفاده کرد. بر این اساس، می توان از الگوریتم کلی بکار گرفته شده در این تحقیق جهت برآورد تبخیر و تعرق مرجع ماهانه در مناطق فاقد داده های هواشناسی با دقتی مناسب و قابل قبول استفاده کرد. چنین برآوردهایی می تواند محدودیت-های ناشی از گسسته بودن ایستگاه های هواشناسی را مرتفع نماید و در مناطقی که امکان ایجاد ایستگاه هواشناسی به راحتی فراهم نیست به کمک چنین روش هایی می توان تا حدود زیادی محدودیت های مکانی و زمانی روش های زمینی را مرتفع کرد.

خشکسالی یکی از بلایای طبیعی است که در طول تاریخ زندگی بشر را بواسطه خسارات و تبعات منفی آن در گستره های مختلف جغرافیایی با مشکل مواجه کرده است. خشک شدن دریاچه ارومیه که دلایل زیادی برای آن عنوان کرده اند، یکی از نمود خشکسالی در سال های اخیراست. با وجود اینکه خشکسالی پدیده ی طبیعی است و تعیین دقیق آغاز و پایان آن دشوار است اما شاخص های عددی مختلفی جهت تعیین کمی و شرایط آن به عنوان ابزار مدیریتی ارائه شده اند لذا در این تحقیق خشکسالی ها و ویژگی های آن در حوضه دریاچه ارومیه در 12 ایستگاه هواشناسی طی یک دوره زمانی سی ساله 2019-1990 میلادی بر اساس دو شاخص SPEI و EDDI که بر ضرورت لحاظ کردن تبخیر و تعرق به دلیل بازتاب گرمایش جهانی در محاسبه خشکسالی تاکید دارند، مورد تحقیق قرار گرفت. نتایج نشان داد که حوضه دریاچه ارومیه در دو دهه اخیر تحت تنش خشکسالی بوده ویژگی و شرایط خشکسالی ها که بر اساس روش تئوری ران محاسبه شد نشان داد که ایستگاه اهر شدیدترین و طولانی ترین خشکسالی با کمترین دفعات وقوع خشکسالی را تجربه کرده که برای ایستگاه مراغه عکس بود و در میانگین حوضه بیشترین شدت، مدت و پارمترهای وابسته به آنها بر اساس شاخص EDDI و دفعات وقوع بیشتر خشکسالی بر اساس شاخص SPEI به دست آمد. در رابطه با تحلیل روند خشکسالی و مشخصه های آن با استفاده از روش من- کندال و شیب سن دریافت شد که روند معنی دار آماری در سطح اعتماد %95 در افزایش خشکسالی و شدت، مدت، دفعات وقوع و پارامترهای مختلف آن وجود دارد که مقادیر آنها به غیر از دفعات وقوع خشکسالی، بر اساس شاخص EDDI بیشتر بود و رفتار دو شاخص نیز در فصول گرم که مستقل از پارامتر بارش هستند، مشابهت بیشتری داشت در حالی که SPEI برخی از خشکسالی هایی که در فصول سرد بر اساس EDDI رخداده را نشان نداده است. بر اساس این نتایج چنین دریافت می شود که نقش بارش در وقوع خشکسالی غیر قابل انکار است اما افزایش دما و تغییرات سایر پارامترهای اقلیمی دخیل در محاسبه تبخیر و تعرق مرجع منجر به وقوع خشکسالی های شدید و طولانی و به تبع آن افزایش تنش در کل حوضه و بخصوص در فصول سرد شده است بنابراین بر اساس نتایج این تحقیق نقش تغییرات اقلیمی و افزایش خشکسالی در حوضه دریاچه ارومیه غیر قابل انکار است.

خشکسالی از مهم ترین پدیده های هواشناسی است که خسارات قابل توجهی را به خصوص در اقلیم های خشک و نیمه خشک به همراه دارد. بطور مرسوم پایش خشکسالی با استفاده از داده های برداشت شده در ایستگاه های هواشناسی انجام می شود اما خشکسالی بر وضعیت شادابی و تراکم پوشش گیاهی و درنتیجه بازتاب طیفی پدیده های زمینی تاثیرگذار بوده و با کاهش رطوبت خاک و به دنبال آن کاهش تبخیر از سطح خاک، دمای سطح زمین را نیز افزایش می دهد. بر این اساس این سوال مطرح می شود که ایا می توان به رابطه ای دست یافت تا بوسیله آن خشکسالی هواشناسی را با دقت نزدیک به اندازه گیری با داده های هواشناسی بر اساس تصاویر ماهواره ای براورد کرد. برای این منظور، داده های هواشناسی 156 ایستگاه سینوپتیک در سطح کشور با دوره اماری بیش از 25 سال تهیه و شاخص خشکسالی هواشناسی SPI در پنجره های زمانی 1، 3، 6 و 12 ماهه آنها محاسبه شد. محصوص هشت روز دمای سطح زمین و شانزده روزه شاخص های پوشش گیاهی از محصولات سنجنده مودیس با اندازه تفکیک مکانی یک کیلومتر طی دوره آماری 2000 تا 2018 با پوشش کامل از سطح ایران که در مجموع 6205 تصویر بود مورد استفاده قرار گرفت و اطلاعات مربوط به دمای سطح زمین و شاخص تفاضلی نرمال شده پوشش گیاهی از آنها استخراج شد. همچنین با برنامه نویسی زبان پایتون شاخص های خشکی دما-گیاه، شرایط دمایی، شرایط گیاهی و شاخص سلامت گیاهی نیز از سری زمانی تصاویر محاسبه شد. در نهایت ماتریسی از پنچ شاخص ماهواره ای و یک شاخص خشکسالی هواشنسای در چهار پنجره زمانی مذکور تشکیل شد. ابتدا همبستگی تک تک شاخص های ماهواره ای با SPI در مقیاس های زمانی ماهانه، فصلی، نیم سالانه و سالانه محاسبه شد سپس روابط رگرسیونی چندمتغیره آنها با SPI بدست آمد و همبستگی آنها پهنه بندی شد. در نهایت پس از طبقه بندی شاخص ها به دسته های مختلف خشکسالی، با کمک مدل درخت تصمیم C5، قوانین موجود بین شاخص های ماهواره ای با SPI پیش بینی شد. نتایج نشان داد که برخی از شاخص های ماهواره ای همبستگی بالایی تا حدود 90 درصد را در برخی ایستگاه ها برقرار می کنند و همچنین روابط رگرسیونی چندمتغیره از یک الگوی معنی داری پیروی می کنند به طوری که نقشه های ترسیم شده از آنها بیانگر آن است که ماه و فصل سال می تواند دقت برآورد خشکسالی را در مناطق مختلف تحت تاثیر قرار دهد. مدل درختی در پیش بینی شرایط خشکسالی از دقت بالاتری نسبت به پیش بینی شرایط ترسالی برخواردار بود. در نهایت می توان نتیجه گرفت که پیش بینی خشکسالی با استفاده از تصاویر ماهواره ای ای امکان پذیر است.

تغییر اقلیم و اثرات آن بر منابع آب یکی از مهم ترین چالش های فراروی بشر در قرن حاضر و آینده می باشد. تغییر اقلیم باعث تغییراتی در الگوهای بارش و دما و مقدار آن ها می شود و این تغییرات می تواند نیاز آبی گیاهان را تحت تاثیر قرار دهد. امروزه پدیده تغیر اقلیم به عنوان مسئله ای ملی و فرا ملی حائز اهمیت و مورد توجه محافل علمی می باشد. بنابراین می بایست در مطالعه و اجرای طرح ها و نیز مدیریت منابع، به اثرات این مسئله توجه کافی شود. هدف از انجام این مطالعه بررسی اثرات تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق مرجع ماهانه، نیاز خالص آبیاری محصولات، هیدرومدول متوسط و هیدرومدول ماکزیمم شبکه های آبیاری سنندج (شبکه گاوشان) و جنوب اهواز (غرب کارون) می باشد. برای این منظور، 2 ایستگاه سینوپتیک دارای آمارکافی شامل ایستگاه های سنندج و اهواز انتخاب شدند و پس از انتخاب دوره آماری 2001 -1982 به عنوان دوره پایه، اثرات تغییر اقلیم بر نیاز خالص آبیاری محصولات، هیدرومدول متوسط و هیدرومدول ماکزیمم شبکه های آبیاری مورد بررسی تحت سناریوهای مختلف RCP در دوره های آتی و با احتمالات مختلف مورد بررسی قرار گرفت و با دوره پایه مقایسه گردید. برای محاسبه تبخیر و تعرق مرجع ماهانه از نرم افزار Cropwat و جهت محاسبه احتمالات از نرم افزار Smada استفاده شد. به منظور برآورد تبخیر و تعرق مرجع ماهانه و بارش تحت شرایط تغییر اقلیم احتمالی آینده از خروجی های مدل گردش عمومی جو CanESM2 تحت سناریوهای RCP2.6 و RCP8.5 و برای ریز مقیاس نمایی از مدل SDSM استفاده شد. نتایج کلی نشان داد که تبخیر و تعرق مرجع ماهانه، نیاز آبی و نیاز خالص آبیاری محصولات در مناطق مورد مطالعه در اکثر ماه های سال در دوره های آتی در مقایسه با دوره پایه افزایش خواهد یافت. مقادیر تبخیر و تعرق مرجع ماهانه، نیاز آبی و نیاز خالص آبیاری محصولات در شبکه گاوشان در حد فاصل ماه-های آوریل تا آگوست کاهش می یابد. همچنین هیدرومدول متوسط و ماکزیمم شبکه آبیاری گاوشان در 4 دوره آتی نسبت به دوره پایه کاهش می یابد. در شبکه غرب کارون، مقادیر تبخیر و تعرق مرجع ماهانه، نیاز آبی و نیاز خالص آبیاری محصولات از ماه آوریل تا ژوئن کاهش می یابد. هیدرومدول متوسط شبکه آبیاری غرب کارون در 4 دوره آتی نسبت به دوره پایه کاهش می یابد ولی به طور کلی هیدرومدول ماکزیمم شبکه غرب کارون در دوره های آتی نسبت به دوره پایه افزایش می یابد.

وقوع بارش های حدی به ویژه در مقیاس های زمانی کوتاه باعث خسارات سنگینی به جوامع انسانی و مناطق پرجمعیت شهری و اکوسیستم های طبیعی می شود و مطالعه و شناسایی دقیق آنها از جنبه های مختلف کشاورزی و منابع طبیعی، هواشناسی و هیدرولوژی، مهندسی و محیط زیست لازم و ضروری است. شدت آسیب پذیری در برابر بارش های حدی در مناطق مختلف یکسان نبوده و لازم است خطرپذیری و ریسک وقوع چنین بارش های خطرآفرینی در مناطق با شرایط اقلیمی مختلف مورد بررسی قرار گیرد. بر این اساس، هدف از انجام پژوهش حاضر ارزیابی و پهنه بندی ریسک وقوع بارش های حدی در مقیاس های زمانی مختلف 6، 12 و 24 ساعته برای غرب ایران که از تنوع اقلیمی و توپوگرافی چشمگیری برخوردار است می باشد. برای انجام این تحقیق تعداد 27 ایستگاه سینوپتیک واقع در 5 استان کردستان، کرمانشاه، همدان، ایلام و لرستان انتخاب شدند و مقادیر حداکثر سالانه بارش های حدی در سه مقیاس زمانی 6، 12 و 24 ساعته در یک بازه زمانی 25 ساله (2016-1992) استخراج شدند و با برازش توزیع های آماری مختلف بر هر کدام از این سری ها و با بکارگیری آزمون کای اسکوئر، برازیده ترین توزیع های آماری شناسایی شدند و از این توزیع های آماری شناسایی شده جهت تحلیل های احتمالاتی استفاده شد. جهت تعریف بارش های حدی سیل آسا در مقیاس های 6، 12 و 24 ساعته، به ترتیب از آستانه های 30، 40 و 50 میلی متر استفاده شد و پس از محاسبه ریسک وقوع بارش های حدی سیل آسای مذکور در تمامی ایستگاه های مورد مطالعه، اقدام به پهنه بندی ریسک وقوع بارش های حدی سیل آسا در کل منطقه با بکارگیری مدل های رگرسیون خطی چندگانه بین مقادیر ریسک و ویژگی های جغرافیایی (طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع) گردید. به جهت افزایش دقت مدل ها در برخی موارد از متغیر کمکی میانگین درازمدت تعداد روزهای با بارش بیش از 1 میلی متر در سال نیز در ساختار مدل های رگرسیونی استفاده شد و جهت دستیابی به دقت بالاتر مدل های رگرسیونی، منطقه مورد مطالعه به سه منطقه مجزا تفکیک شد. نتایج نشان داد که از بین توزیع های آماری مختلف برازش داده شده به سری های زمانی بارش های حدی 6، 12 و 24 ساعته در منطقه مورد مطالعه، سه توزیع لوگ لجستیک، پیرسون و گاما بعنوان مناسب ترین توزیع های قابل برازش شناسایی شدند. به لحاظ دقت مدل های رگرسیون خطی چندگانه، نتایج حاکی از دقت بالای ا

وقوع تغییر اقلیم بر عوامل محیطی متعددی اثر می گذارد و با تغییرات اقتصادی و اجتماعی باعث ایجاد فشار زیادی بر منابع آب می شود. تغییر اقلیم از طریق افزایش درجه حرارت و تغییر دادن شدت و الگوهای بارش بر روی پارامترهای هیدرولوژیکی مانند جریان آب، نرخ تبخیر و تعرق و ذوب برف تاثیر می گذارد. هدف از انجام این مطالعه بررسی اثر تغییر اقلیم بر تبخیر و تعرق گیاه مرجع در مقیاس های ماهانه، فصلی و سالانه در مناطق غرب ایران می باشد. برای این منظور، 5 ایستگاه سینوپتیک واجد آمار کافی در غرب کشور شامل ایستگاه های سنندج، سقز، کرمانشاه، همدان و خرم آباد انتخاب شد ند و پس از انتخاب دوره آماری 1999-1970 به عنوان دوره پایه، چگونگی اثرپذیری تبخیر و تعرق گیاه مرجع از وقوع تغییر اقلیم تحت سناریوهای مختلف RCP در دوره 2100-2011 مورد بررسی قرار گرفت و با دوره پایه مقایسه گردید. برای محاسبه تبخیر و تعرق گیاه مرجع از روش فائو پنمن مانتیث و برای تحلیل روند سری های فصلی و سالانه تبخیر و تعرق طی دوره پایه، از آزمون من- کندال اصلاح شده و آزمون سن استفاده شد. به منظور برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع تحت شرایط تغییر اقلیم احتمالی آینده از خروجی های مدل گردش عمومی جو CanESM2تحت سناریوهای RCP2.6، RCP4.5 و RCP8.5 و برای ریزمقیاس نمایی آن از مدل SDSM استفاده شد. نتایج حاصل از تحلیل روند سری های فصلی و سالانه تبخیر و تعرق گیاه مرجع حاکی از عدم وجود روند معنی داری در هیچ یک از ایستگاه های مورد مطالعه بود. نتایج حاصل از بررسی اثر تغییر اقلیم آینده بر تبخیر و تعرق مرجع نشان داد که در مجموع تبخیر و تعرق مرجع در منطقه مورد مطالعه در مقیاس های فصلی و سالانه در اقلیم آتی در مقایسه به شرایط فعلی افزایش خواهد یافت که این میزان افزایش در فصول پاییز و تابستان بسیار محسوس و در فصول بهار و تابستان با شدت کمتری رخ خواهد داد. نتایج همچنین نشان داد که بیشترین میزان افزایش تبخیر و تعرق مرجع تحت سناریوی RCP8.5 و در دوره زمانی 2100-2071 اتفاق خواهد افتاد.

با توجه به اینکه کمبود منابع آب در سال های اخیر در کشور ایران به چالش عمده ای تبدیل شده است و در این میان، تلفات اصلی در بخش کشاورزی و مربوط به پدیده تبخیر و تعرق است مدیریت بهینه و پایدار منابع آب مستلزم شناخت و برآورد صحیح تبخیر و تعرق می باشد. در بین روش های مختلف برآورد تبخیر و تعرق، استفاده از داده های سنجش از دور به دلیل پوشش مکانی و زمانی مناسب، گزینه خوبی برای اندازه گیری های گسترده تبخیر و تعرق است. در این تحقیق یک ارزیابی کلی از پتانسیل تصاویر ماهواره ای جهت برآورد تبخیر و تعرق تحت شرایط مختلفی از موجودیت داده های زمینی به انجام رسید. در وهله اول با استفاده از الگوریتم METRIC و تصاویر سنجنده MODIS به برآورد تبخیر و تعرق واقعی روزانه شهر ستان رشت پرداخته شد و مقدار تبخیر و تعرق روزانه به صورت پیکسل به پیکسل با استفاده از الگوریتم METRIC برای روزهای تصویربرداری محاسبه شد و برای ارزیابی دقت نتایج حاصل از الگوریتم METRIC، از داده های لایسیمتری استفاده شد. نتایج نشان داد که الگوریتم METRIC به خوبی قادر است تبخیر و تعرق روزانه را برآورد کند اما تا حدودی تمایل به کم برآورد کردن آن دارد. در وهله دوم، تحت شرایطی که هیچ نوع از داده های زمینی (داده های هواشناسی، داده های خاک، داده های پوشش گیاهی و ...) در دسترس نباشند کارایی بکارگیری تصاویر ماهواره ای جهت برآورد تبخیر و تعرق گیاه مرجع مورد ارزیابی قرار گرفت. در این مرحله، با استفاده از دمای سطح زمین در 4 زمان مختلف حاصل از محصولات سنجنده MODIS و پارامترهای دمایی هوا شامل دمای حداکثر روزانه، دمای حداقل روزانه و میانگین دمای هوا، روابطی رگرسیونی برای برآورد سه پارامتر دمایی مذکور برای کل استان کردستان ارائه گردید و میزان دقت این روابط برای ایستگاه کامیاران مورد اعتبارسنجی قرار گرفت. نتایج حاکی از دقت مناسب روابط رگرسیونی حاصله جهت برآورد پارامترهای دمایی بود. در ادامه، از مقادیر برآوردشده سه پارامتر دمایی مذکور بعنوان ورودی چند مدل تجربی تبخیر و تعرق گیاه مرجع شامل مدل های هارگریوز سامانی، بلانی کریدل و لیناکر استفاده شد و نتایج حاصله با روش فائو-پنمن- مانتیث مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که دقت روش بلانی کریدل بیشتر از سایر روش ها است. نتایج کلی این پژوهش نشان داد که با استفاده از تصاویر ماهواره ای و تکنیک سنج