ارتباط پوشش گياهی با دما و آلبدوی سطحی در دورة گرم سال با استفاده از دادههای مودیس در شمال ایران

Transcript

1 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان 1393 ص ارتباط پوشش گياهی با دما و آلبدوی سطحی در دورة گرم سال با استفاده از دادههای مودیس در شمال ایران حامد ادب ر استاديار گروه جغرافياي طبيعي دانشكدة جغرافيا و علوم محيطي دانشگاه حكيم سبزواري ابولقاسم اميراحمدي ر دانشيار گروه جغرافياي طبيعي دانشكدة جغرافيا و علوم محيطي دانشگاه حكيم سبزواري آزاده عتباتي ر دانشجوي دكتري گروه بيولوژي دريا دانشكدة علوم دريايي دانشگاه علوم و فنون دريايي خرمشهر پذيرش مقاله: 1392/12/15 تأييد نهايي: 1393/11/4 چكيده پورش گياهي يامل يمدة نقلوانتقال انرژي بين زيستكره و جو محسوب ميرود كاه آااار متفااوتي بار يناصار هوارناختي مناطق پيرامون خود دارد. در اين مطالعه ارتباط بين مقادير راخص گياهي تفاضلي نرمالرده با دمااي سطحي و آلبدوي سطحي در نواحي رمالي ايران با استفاده از روشهاي آمار كالسي رگرسايون و زماين آمااري كوكريجينگ بررسي رد. سه معيار آماري ميانگين قدر مطلق خطا انحراف جذر ميانگين مربعات و متوسا درصاد خطاي مطلق نشاندهندة توانمندي به مراتب بقتر روش زمين آمار كوكريجينگ نسبت به رگرسايون كالساي در برآورد دماي سطحي و آلبدوي سطحي است. نتايج تحقيق در دورة مورد مطالعه نشان ميدهد كه دمااي ساطحي و آلبدوي سطحي تحت تأاير مقادير پورش گياهي است. سپس از رواب بهدست آماده در تعياين ميازان خشاكي مناطق استفاده رد. نواحي ساحلي و جنگلي دامنههاي رمالي البرز با بيشترين مقدار سابزينگي )0/85( از حاداقل درجة حرارت )23 درجة سلسيوس( و آلبدوي سطحي )7 درصد( مشخص است. همچنين نواحي جنوبي ررتهكاوه البرز و قسمتي از مناطق ايران مركزي با كمترين مقدار سبزينگي )0/09-( از حداكثر درجة حارارت باه مقادار 45 درجة سلسيوس و بيشترين مقدار آلبدوي سطحي )38 درصد( مشخص است. كليدواژهها: آلبدوي سطحي پورش گياهي دماي سطح زمين رگرسيون زمين آمار. گيراهي برا اثربخشري در گياهي است. از ايرنرو پوشر هاي سطح زمين و جو تحت تأثير پوش مقدمه بخشي از برهمكن ابر- يكي از عوامل مهم و پوش فرايندهاي اقليمي- نظير انتقال انرژي از طريق دماي هوا رطوبت نسبي بارش تاب در تغييرپذيري اقليم كرة زمين محسوب ميشود. مطالعات نيلسون )1986( اسمال و كورس )2003( و وييس و همكاران سروزي ها از حد نرمال آن خارج شود آثاري مانند خشكسالي سيل و آت )2004( نشان داده است كه اگر اين برهمكن جنگل را به همراه خواهد داشت. استفاده از شاخصها و دادههاي دورسنجي در بررسي آثار گياهان بر خصوصيات جو و زمين به طور قابلمالحظهاي رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر E- mail: adabgeo@gmail.com نویسندۀ مسئول:

2 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان گسترش يافته است. در اين بين متغير آلبدوي سطحي دماي سطح زمين 1 )LST( و شاخصهاي پوش گياهي به طرور وسيعي در مطالعة اين آثار به كارگرفته ميشود )يايو و همكاران 2013(. همچنرين مطالعرات پيتمران )1991( اگزيرو و همكاران )1991( بيتس و همكاران )1997( و بونوا و همكاران )1999( نشان داد كه شناخت كافي از آثار پوش بر عناصر هواشناختي موجب افزاي دقت و تصحيح مدلهاي زمين- اتمسفري شده است. گياهي شاخصهاي گياهي جهت تعيين مقادير پوش سربز از پركراربردترين نمونرههراي محاسربات بانردي در مطالعرات دورسنجي است )مو و همكاران 2013(. اين شاخصها به منظور پاي كيفيت حيات گياهران بيشرتر از طريرق سرنج 2 ميزان كلروفيل يا مقدار آب موجود در برگ امكرانپرذير اسرت. در ايرن برين شراخص گيراهي تفاضرلي نرمرالشرده از 3 متداولترين شاخصهاي گياهي در پردازش تصاوير ماهوارهاي است كه ديرينگ در سال 1978 معرفي كرد. دماي سطح زمين يكي از متغيرهاي پركاربرد هواشناختي براي بررسي بيالن انرژي است كه در بسياري از مطالعات محيطي اقليمري و كشاورزي استفاده ميشود. محاسبة دماي سطح زمين با استفاده از باندهاي حرارتي ماهوارههاي دورسنجي انجرامپرذير است كه در آن ميزان انرژي ساطعشده از سطح زمين را 4 كه تابعي از دماي سرطحي آن اسرت قرانون اسرتفن برولتزمن توضيح ميدهد. نسبت انرژي بازتابيده به كل انرژي تابيدهشده در سطح جسم را آلبدوي سطحي آن جسم مرينامنرد كره معموال برحسب درصد اشعة تابيردهشرده محاسربه مريشرود )عليجراني و كاويراني 1371(. مقرادير آلبردوي سرطحي از شاخصهاي مهم در موضوعات بيوفيزيكي است چرا كه با آن بيالن انرژي بين زمين و جرو مشرخص مريشرود. مقرادير 5 آلبدوي سطحي تحت تأثير پوش گياهي دماي سطح زمين و رطوبت خات است )كورل 1984(. مطالعات متعددي در زمينة بررسي ارتباط بين پوش گياهي با دماي سطح زمين و آلبدوي سرطحي انجرام گرفتره است. مطالعهاي در ناحية پوش گياهي تندرا نشان داد كه با كاه مقادير شاخص گياهي تفاضلي نرمرالشرده مقرادير آلبدوي سطحي گياهان افزاي مييابد. همچنين تغييرات نسبي اندت در ويژگري پوشر گيراهي موجرب تغييراتري در آلبدوي سطحي بيالن انرژي و در نهايت بازخوردهايي در اقليم منطقه ميشرود )لرورانتي و همكراران 2011(. روبينرو و همكاران )1981( با استفاده از تصاوير سنجندة MSS نشان دادند كه افزاي سريع آلبدوي سطحي در اثرر فعاليرتهراي انساني موجب افزاي انرژي بازتابيده ميشود و مشخصكنندة نقصان زمين است. نقصان و برهنهسازي زمين در نرواحي خشك به افزاي آلبدوي سطحي ميانجامد كه پيامدهاي آن بر خات و الگوهاي چرخ بخ پاييني جو بارز است. پرايهودكو و گوارد )1997( و بوئگ و همكاران )1998( در مطالعات خود نشان دادنرد كره شريب تغييررات شراخص گياهي تفاضلي نرمالشده و دماي سطح زمين به ميزان تبخير و تعرق مرتبط است. افزاي در تبخيرر و تعررق بره دليرل افزاي دما صورت ميگيرد در نتيجه رطوبت خات كاه مييابد و از ميزان سبزينگي گياه كاسرته مريشرود. سرون و كافاتوس )2007( به بررسي فصلي رابطة پوش گياهي با دماي سطح زمين پرداختند. نتايج آنهرا نشراندهنردة ارتبراط منفي قابلقبول بين ميزان سبزينگي و دماي سطح زمين در فصل گرم است. رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. Land Surface Temperature 2. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 3. Deering 4. Stephan Boltzman 5. Courel

3 421 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران كارنيلي و همكاران )2006( نشان دادند كه در زيستبومهاي عر هراي شرمالي همبسرتگي مثبتري برين ميرزان پوش گياهي و دماي سطح زمين وجود دارد كه اين امر بره دليرل وجرود فراينردهاي بيوشريميايي گيراهي گرمازاسرت. دشتكيان و دهقاني )1386( نشان دادند كه بين پوش گياهي و دماي سرطح زمرين در منراطق بيابراني در فصرل گررم همبستگي منفي قوي )0/99( وجود دارد. بررسي لورانتي و همكاران )2011( نشان داد كه ارتباط خطي منفري معنراداري )ضريب تبيين 0/82( بين شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده و آلبدوي سطحي وجود دارد. در مطالعات ذكرشده آثار تغييرات پوش گياهي بر دماي سرطح زمرين و آلبردوي سرطحي برا روشهراي آمراري كالسيك مانند رگرسيون انجام شده و به ارتباط فضايي آن توجه نشده اسرت. همرانطرور كره مريدانريم ممكرن اسرت ارتباطات رگرسيوني بين متغيرهاي جغرافيايي برقرار باشد كه امكان تخمين آن در مطالعة ساير متغيرها امكانپذير اسرت. براي مثال با افزاي پوش گياهي دماي سطح كاه پيدا مي كنرد كره ايرن ارتبراط ر گرسري وني در آمرار كالسريك توجيهپذير است. اما متغيرهاي جغرافيايي عالوه بر اين ارتباطات يكسري ارتباطات فضايي دارند كه با عنوان فاصلة )متر كيلومتر درجه( نقاط از يكديگر تعريف ميشود كه در زمين آمار به آن توجه ميشود. 1 طبق قانون اول جغرافيا كه توبلر آن را در سال 1970 بازتعريف كرد:»هر متغيري با ساير متغيرها مرتبط است اما ارتباط بين متغيرهاي نزديكتر بيشتر است تا متغيرهاي دور از هم.«براي مثرال در شركل 1 الرف برا افرزاي پوشر گياهي دماي سطح كاه پيدا ميكند و برعكس كه اين ارتباط در شكل 1 ب در مدل رگرسيون قابرل توضريح اسرت. اما آيا اين كاه يا افزاي دما تحت تأثير فاصله نيز هست در شكل 1 ج نشان داده شرده كره برا افرزاي فاصرله از پيكسل با دماي 35 درجة سلسيوس مقدار دما كاه فاصلة نزديك به هم برقرار است كه اين ساختار فضايي با افزاي پيدا ميكند. به عبارت ديگر ارتباط بيشتري بين پيكسرلهراي برا فاصله كاه مييابد و از بين ميرود. الف ب ج ركل 1. الف( پيكسلهاي حاوي مقادير دماي سطح زمين و راخص گياهي تفاضلي نرمالرده ب( تفاوت ارتباط توضيح دادهردة دماي سطح زمين و راخص گياهي تفاضلي نرمالرده در آمار كالسي رگرسيون و ج( زمين آمار كوكريجينگ رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. Tobler

4 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان با توجه به مطالب بيانشده هدف اين مطالعه بررسي ارتباط دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي با پوش گياهي و 1 مشخصكردن شرايط خشكي سطحي در منطقة شمال ايران است. همچنين بررسي توانمندي دو روش رگرسيون )آمار كالسيك( و كوكريجينگ )زمين آمار( در برآورد دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي با استفاده از شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده از مهمترين اهداف اين پژوه است. مواد و روشها منطقة مورد مطالعه واقع در شمال ايران و داراي تغييرات شديد پوش گياهي و اقليمي است )شكل 2(. همچنين وجرود لندفرمهاي متنوع بين شمال و جنوب رشتهكوه البرز )از قبيل جلگههاي آبرفتي حاصلخيز شمال و پالياها و نمكزارها در جنوب( قابل مالحظه است. در اين مطالعه دورة گرم سال )ژويية 2010( به دليل وجود شرايط خشكسرالي و ترن هراي گياهي انتخاب شد )ادب 2014(. ركل 2. موقعيت جغرافيايي منطقة مورد مطالعه ركل 3. مراحل انجام تحقيق و استفاده از رگرسيون و كوكريجينگ در تخمين دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي با استفاده از راخص گياهي تفاضلي نرمالرده رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. surface dryness

5 423 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران شد. شكل 3 نشاندهندة مراحل انجام تحقيق است شامل مرحلة دريافت و پي پردازش تصاوير موديس محاسبة دماي سطح زمين آلبدوي سطحي و شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده. بهمنظور برآورد دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي به وسيلة شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده از دو روش رگرسيون و كوكريجينگ استفاده شرده اسرت. نترايج بررآورد دمراي سطح زمين و آلبدوي سطحي از دو روش مذكور با دادههاي دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي سنجندة موديس مقايسه دادههاي 1 كيلومتري MOD021KM و MYD021KM در ژويية 2010 به صورت )HDF( توجيه آن با مختصات حقيقي آن از دادههاي زون 40 شمالي Hierarchical Data Format 02 Datum :WGS-84 است از اينرو با استفاده از رابطة در مقياس روزانه از سنجندة موديس ماهوارة ترا و آكوا دريافت شد. بهمنظور زمين مرجرع كرردن تصراوير و استفاده شد كه در آن مختصات پيكسلها به سيستم مختصرات UTM تبديل شده است )شكل 4(. ارزش پيكسلها در دادههاي اصلي Scaled integer دادهها به تابندگي و انعكاس تبديل شد. ضرايبي در متاديتاي هر تصوير وجود دارد كه در رابطة 1 از آن استفاده ميشود. سپس از مدل SMAC )نرمافزار انعكاسي استفاده شد )رحمان و دديو 1994(. رابطة 1 كه B )ILWIS North 52 B B B بره منظرور تصرحيح مقردار Radiance Radiance_Scales SI Radiance_Offsets Reflectance Reflectance _Scale SI Reflectance_Offset B و Scaled integer SI اندكس باند است. الف ب ركل 4. الف( تصوير بدون مختصات حقيقي زمين ب( تصوير زمين مرجعرده جهت اجتناب از تغييرات اندازة پيكسلها از تصاويري استفاده شد كه در آن منطقرة مرورد مطالعره در ناحيرة نرادير تصوير قرار داشت. به عبارت ديگر اندازة پيكسلهاي سنجندة موديس بره دليرل ترأثير كرويت زمين و در نهايت خطاي پانوراميك در حواشي تصوير همانند ناحية نادير تصروير 1 كيلرومتر نيسرت. از ايرنرو يكسرانسرازي انردازة پيكسرلهرا )1 كيلومتر( با استفاده از عملگر شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده امكانپذير شود. 3 بازنمونهبرداری انجام شد تا بررسي روابط بين دماي سطح زمين و آلبردوي سرطحي برا رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. radiance 2. reflectance 3. resample

6 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان الگوريتم گياهي تفاضلي نرمالرده به منظور محاسبة مقادير سبزينگي از نسبت تفاضلي باند قرمز با پهناي باند 0/62 تا 0/67 ميكرومتر و باند مرادون قرمرز نزديك با پهناي باند 0/841 تا 0/876 ميكرومتر استفاده شده است )رابطة 2(. به لحاظ نظري ميزان سبزينگي بين 1+ و 1- تعيينپذير است به گونهاي كه اين مقادير براي پوش گياهي متراكم بره سرمت 1+ ميرل پيردا مريكنرد )روسرو و همكاران 1973(. مقادير شاخص مذكور براي پيكسلهاي حاوي آب برف و يخ منفي براي خات مقادير كمتر از 0/05 و براي ابرها در حدود صفر است. Red رابطة 2 Red كه در آن = مقادير انعكاسي =Red باند طول موج قرمز = Nir باند طول موج مادون قرمز نزديك است. NDVI Nir Nir الگوريتم دماي سطح زمين با توجه به قانون پالنك ارتباط خطي بين دماي جسم و گسيلندگي آن با دماي ثبتشده در سنجنده برقرار اسرت. از حرل معادلة پالنك 1 دماي درخشندگي به دست ميآيد كه دماي متناظر با انرژي تابشي دريافت شده از سطح توسط سرنجنده است. مقادير تابندگي باندهاي حرارتي 31 و 32 دادههاي موديس به مقادير دماي درخشندگي تبديل شد )رابطة 3(. دماي سطحي با 2 الگوريتم پارودي )2000( محاسبه شد )رابطة 4(. C2 Tb C1 wavelength * ln wavelength5* radiance 1. C *10 4 k m C *10 WM sr m رابطة 3 که در آن ST 0.39*(Tb31^ 2) (2.34*Tb31) (0.78*Tb31*Tb32) (1.34*Tb32) (0.39*(Tb32 ^ 2)) 0.56 رابطة 4 كه در آن =Tb دماي درخشندگي. الگوريتم آلبدوي سطحي مقادير آلبدوي سطحي در محدودة طول موج 645/5 تا 2114/1 نانومتر بر اساس مقادير انعكاسي اصالحشدة مدل خطي محاسبه ميشود. به همين منظور ليانگ و همكاران )2002( الگوريتمي را برراي محاسربة آلبردوي سرطحي از دادههراي موديس ارائه كردند )رابطة 5(. اين مدل با ضريب تبيين بي از 83 درصد برر اسراس دادههراي زمينري برراي سرنجندة موديس محاسبه شده است. رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. brightness temperature 2. Parodi

7 425 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران رابطة 5 كه در آن MODIS αi مقادير انعكاسي اصالحشده در هر باند است. مقدار روزانة شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده )رابطة 2( دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي )روابط 4 و 5( در ماه ژويية 2010 براي منطقة مورد مطالعه محاسبه شد. سپس با ميانگينگيري دادههاي روزانه ميانگين ماهانة دماي سرطح زمين آلبدوي سطحي و شاخص گياهي تفاضلي نرمال شده بهدست آمد. الزم به ذكر است كه پيكسلهاي حاوي ابرر در روزهاي فاقد ابر قبل و بعد از ميانگينگيري يا در صورت ابري بودن اين روزها از تكنيكهاي ميانيابي براي از بين برردن مناطق ابري استفاده شد )زهاو و همكاران 2010 (. سپس مقادير ميانگين ماهانة دماي سطحي آلبدوي سرطحي )متغيرر وابسته( و شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده )متغير مستقل( در روش رگرسيون و كوكريجينگ به كار گرفته شد. روش رگرسيون و كوكريجينگ در اين پژوه از دو روش رگرسيون و كوكريجينگ در برآورد دماي سطحي و آلبردوي سرطحي برا كمرك متغيرر مسرتقل شاخص گياهي تفاضلي نرمال شده استفاده شده است. در روشهاي رگرسيون چندمتغيره آمار كالسيك ارتباط برين متغيرهرا بدون توجه به ويژگيهاي مكاني آنها بررسي ميشود. اين فر در نظر گرفتره نمريشرود كره احتمرال تشرابه مقرادير در نمونههاي با فواصل نزديك به هم بيشتر است. شكل كلي روش رگرسيون )خطي( به صورت زير است )رابطة 6(. رابطة 6 كه در آن y = ß 0 + ß 1 x 1 ß 0 عر از مبدأ ß 1 شيب خط برازش دادهشده با دادهها و x متغير مستقل است. روش كوكريجينگ يكي از روشهاي زمين آمار است كه در آن از خوا روشهاي چند متغيره مبتنري برر فاصرلة فضايي بين آنها استفاده ميشود )رابطة 7(. رابطة 7 كه در آن n Z* xi eixi k.y Xk n e1 k1 Z xi مقادير متغير برآورد شده )متغير وابسته( براي نقطة xi با مختصات جغرافيايي معلوم ei با متغير Xi Z مقادير مشاهدهشدة متغير اصلي k وزن مربوط به متغير كمكي و y xk وزن مرتبط مقادير مشراهدهشردة متغيرر كمكي است. تغييرات نما به منظور برآورد و محاسبة اوزان بر حسب فاصلة فضايي محاسبه ميشود )رابطة 8(. رابطة 8 كه در آن 1 zy h n zxi h zxi * yxk h yxk 2 z Xi y با z تغييرات نماي متقابل بين متغير zy h متغير وابسته و y Xk متغير مستقل است.

8 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان نتايج و بحث نواحي حاشية ساحلي درياي خزر و نواحي جنگلي از بيشترين مقدار سبزينگي با 0/85 و نواحي جنوبي رشرتهكروه البررز و كوير مركزي ايران از كمترين مقدار با 0/09- تعيين شد )شكل 5 (. الزم به ذكر است كه مقادير منفري متمايرل بره عردد صفر در شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده مربوط به مناطق فاقد پوش گياهي مانند رخنمونهاي سنگي يا پوش هاي گياهي پراكنده در حواشي نمكزار كوير مركزي ديده ميشود كه حاوي مقراديري آب اسرت )وانرگ و همكراران 2003(. بهطور كلي نواحي ساحلي و جنگلي كه از پوش گياهي متراكمي برخوردارند با حداقل درجة حرارت به مقدار 23 درجرة سلسيوس و مقدار آلبدوي سطحي كمتر در حدود 7 درصد و نواحي جنوبي رشتهكوه البرز بره دليرل كمري و عردم وجرود پوش گياهي با حداكثر درجة حرارت به مقدار 45 درجة سلسيوس و بيشترين مقدار آلبدوي سطحي با 38 درصد تعيرين شد )شكل 5(. الف ب ج ركل 5. الف( مقادير راخص گياهي تفاضلي نرمالردة بهدست آمده از سنجندة موديس ب( دماي سطحي زمين بهدست آمده از سنجندة موديس ج( آلبدوي سطحي بهدستآمده از سنجندة موديس در ژويية 2010 شكل 6 نشاندهندة ارتباط رگرسيوني شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده با دماي سطحي و آلبدوي سرطحي اسرت. نتايج نشان ميدهد كه با افزاي مقادير سبزينگي مقادير دماي سطحي كاه پيدا ميكند )شكل 6 الرف(. ايرن امرر بره دليل وجود آب در برگ گياهان است به گونهاي كه افزاي شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده به معناي افزاي رطوبت گياه است. وجود آب در برگ عامل اصلي پايين بودن دماي سطحي در نواحي با پوش گياهي است. اين رابطه همچنين در مورد آلبدوي سطحي قابل توضيح است به گونهاي كه مقادير ضريب انعكاس با افزاي سبزينگي كاه پيدا ميكند و در نهايت به مقدار ثابتي ميرسد )شكل 6 ب(.

9 427 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران الف ب ركل 6. الف( ارتباط بين مقادير راخص گياهي تفاضلي نرمالرده با دماي سطحي زمين ب( ارتباط بين مقادير راخص گياهي تفاضلي نرمالرده با آلبدوي سطحي در ژويية 2010 روابط رگرسيون غيرخطي و خطي به منظور تخمين دماي سرطحي )رابطرة 9( و آلبردوي سرطحي )رابطرة 10( برا استفاده از شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده محاسبه شد. رابطة 9 كه در آن y= آلبدوي سطحي x= شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده رابطة 10 كه در آن y= دماي سطح زمين y = a 1+be cx y= a + ßx.1/53-0/62 و =c =b 0/103 = a x = شاخص گياهي تفاضلي نرمال شده.-27/28 = 47/44 و =b a به منظور بررسي رابطة مكاني شاخص گياهي تفاضلي نرمالشرده برا دمراي سرطحي و آلبردوي سرطحي از روش كوكريجينگ استفاده شده است كه در آن شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده متغيرر مسرتقل و مقرادير دمراي سرطحي و آلبدوي سطحي متغيرهاي وابسته تعريف شدهاند. اهميت اين روش در آن است كره مقرادير سربزينگي گيراهي )شراخص گياهي تفاضلي نرمالشده( مؤثر بر دماي سطحي و آلبدوي سطحي با توجه به همبستگي فضايي آنها با يكديگر در نظر گرفته ميشود به گونهاي كه آثار الگوي فضايي متغيرها با يكديگر قابل تحليل و شناسايي است. شكل 7 بيانگر تابع همبستگي نگاشت 1 يا كوريلوگرام بين مقادير شراخص گيراهي تفاضرلي نرمرالشرده برا دمراي سطحي و آلبدوي سطحي است. نمودار كوريلوگرام نشان ميدهد كه همبستگي منفري برين دو متغيرر دمراي سرطحي و آلبدوي سطحي با شاخص گياهي تفاضلي نرمال شده وجود دارد. اما اين همبستگي منفي در پيكسلهراي مجراور بسريار بيشتر است و هرچه فاصله بيشتر ميشود از ميزان همبستگي كاسته ميشود به طوري كه مقدار آن در فواصل بسيار دور صفر ميشود كه نشاندهندة عدم همبستگي است. حداكثر همبستگي فضايي برين آلبردوي سرطحي و شراخص گيراهي تفاضلي نرمالشده برابر با 0/55- )شكل 7 الف( و براي دماي سطح زمين و شاخص گياهي تفاضلي نرمالشرده برابرر برا 0/79- بهدست آمد )شكل 7 ب(. رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. correlogram

10 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان الف ب ركل 7. الف( كوريلوگرام بدون جقت بين آلبدوي سطحي با راخص گياهي تفاضلي نرمالرده و ب( دماي سطحي با راخص گياهي تفاضلي نرمال مدلهاي متفاوتي براي برازش مدل نظري بر دادههاي تجربي به منظور محاسبة واريوگرام استفاده شرد كره مردل كروي بهترين تخمينگر انتخاب شد. جدول 1 نشاندهندة پارامترهاي مورد نياز جهت محاسبة واريوگرام )تغيير نما( دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي با اسرتفاده از شراخص گيراهي تفاضرلي نرمرا ل شرده اسرت. پرارامتر واريرانس سراختاردار نشاندهندة واريانس مكاني غيرتصادفي دماي سطح زمين و آلبدوي سطحي است كه بيشترين مقدار تغيير نما را به خرود اختصا ميدهد. فاصلة مؤثر بيانگر دامنه )فاصله(ي همبستگي پيكسلها برا يكرديگر اسرت كره در خرارج ايرن دامنره )فاصله( رفتار نقاط تصادفي و غيرقابلكنترل است. پارامتر اثر قطعهاي نشاندهندة تصرادفي برودن متغيرر مرورد بررسري است كه اين امر نشاندهندة وجود مؤلفهه يا تصادفي وابسته به ساختار ذاتي متغيرها يا خطاي اندازهگيري متغيرهاسرت اما اين مقدار براي دادههاي دورسنجي نزديك به صفر است كه حالت ايدهآلي از عدم وجود تصادفي بودن متغير را نشران ميدهد. جدول 1. مقادير واريوگرام جقت تخمين دماي سطحي و آلبدوي سطحي با راخص گياهي تفاضلي نرمالرده دماي سطح زمين آلبدوي سطحي مدل كروي كروي اار قطعه واريانس تصادفي -0/031-0/00003 واريانس ساختاردار -0/888-0/005 فاصلة مو ار 3/29 3/17 با توجه به روابط بهدست آمده از روش رگرسيون خطي و غيرخطي )روابط 9 و 10( و روش كوكريجينگ )رابطة 7( مقادير دماي سطحي زمين و آلبدوي سطحي در منطقة مورد مطالعه در ژويية 2010 برآورد شد )شكل 8(. بررسي بصري دو روش نشان ميدهد كه مقادير دماي سطحي زمين و آلبدوي سرطحي بررآورد شرده در روش كوكريجينرگ از حالرت هموارتري نسبت به روش رگرسيون برخوردار است. به بيان ديگر وجود تضاريس مقرادير در روش رگرسريون بره وضروح مشهود است.

11 429 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران الف ب ج د ركل 8. الف( دماي سطحي برآوردرده با استفاده از روش رگرسيون ب( آلبدوي سطحي برآوردرده با روش رگرسيون ج( دماي سطحي برآوردرده با روش كوكريجينگ د( آلبدوي سطحي برآوردرده با روش كوكريجينگ در ژويية 2010 تحليل درستنمايي روش رگرسيون و كوكريجينگ شكل 9 نشاندهندة پراكن مقادير آلبدوي سطحي و دماي سطحي موديس به مقادير برآوردشده برا روش رگرسريون و كوكريجينگ است. اگر پراكن مقادير حالت خطي و نزديك خط برازش باشد نشاندهندة همبستگي براال برين مقرادير واقعي و برآورد شده است. نتايج نشان ميدهد كه پراكن مقادير مشاهداتي )موديس( و مقادير مدلشده برراي دو متغيرر دماي سطحي زمين و آلبدوي سطحي در روش رگرسيون )شركل 9 الرف و ب( بره مراترب بيشرتر از روش كوكريجينرگ )شكل 9 ج و د( است. مقادير ضريب همبستگي بين آلبدوي سطحي و دماي سطحي موديس با آلبدوي سرطحي و دمراي سطحي مدلشده در روش كوكريجينگ به ترتيب برابر برا 0/92 و 0/98 و برراي روش رگرسريون برابرر برا 0/66 و 0/9 است. جدول 2 نشاندهندة معيارهاي ميانگين قدر مطلق خطا انحراف جذر ميرانگين مربعرات و متوسرط درصرد خطراي مطلق بين مقادير دورسنجي و برآوردشدة آلبدوي سطحي و دماي سطحي اسرت. متوسرط درصرد خطراي مطلرق نشران ميدهد كه درصد درستنمايي براي آلبدوي سطحي و دماي سطحي برآوردشده با روش كوكريجينگ به ترتيب %93/4 و %99 و در روش رگرسيون %87/1 و %96/5 است. نتيجهگيري كلي از جدول 2 نشان ميدهد كره روش كوكريجينرگ از خطاي به مراتب كمتري نسبت به روش رگرسيوني در برآورد آلبدوي سطحي و دماي سطحي برخوردار است.

12 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان الف ب ج د ركل 9. الف( پراكنش مقادير دماي سطحي موديس با دماي سطحي برآوردرده در روش رگرسيون ب( پراكنش مقادير آلبدوي سطحي موديس با آلبدوي سطحي برآوردرده در روش رگرسيون ج( پراكنش مقادير دماي سطحي موديس با دماي سطحي برآوردرده در روش كوكريجينگ د( پراكنش مقادير آلبدوي سطحي موديس با آلبدوي سطحي برآوردرده در روش كوكريجينگ جدول 2. آمارههاي درستنمايي روشهاي رگرسيون و كوكريجينگ در برآورد آلبدوي سطحي و دماي سطحي با استفاده از راخص گياهي تفاضلي نرمالرده MAE RMSE MAPE متغير روش 0/013 0/025 0/017 0/032 %6/61 12/93 آلبدوي سطحي برآوردشده كوكريجينگ رگرسيون 0/414 1/4 0/788 2 %1/11 %3/57 دماي سطحي برآوردشده كوكريجينگ رگرسيون شكل 10 نشاندهندة انحراف معيار خطای باقیماندۀ آلبدوی سطحي و دمای سطحي برآوردشده در روش رگرسیون و کوکریجینگ است. اگر انحراف معيار خطای باقیمانده بین 0/5- و 0/5 )نواحي به رنگ کرم روشن( باشد نشاندهنددۀ حداقل خطا بین مقادیر واقعي و برآورد شده است. همانطور که مشخص شده است مقادیر انحراف معيار خطای باقیمانده از نظر فضایي در دو روش رگرسیون و کوکریجینگ متفاوت است. بيشترين مقادير خطاي باقيمانده دماي سطحي برآورد شده در روش كوكريجينگ در نواحي رشتهكوه البرز و نواحي ساحلي و در روش رگرسيون عالوه بر نواحي مذكور نرواحي غرب و جنوب غربي است. الگوي فضايي مقادير خطاي باقيماندة آلبدوي سرطحي برآوردشرده در روش كوكريجينرگ ترا حدودي نامشخص است اما نواحي شرقي و شمال شرقي از بيشترين خطا برخوردارند. اين الگوي فضرايي در مرورد روش رگرسيون نيز مشهود است اما نواحي شمالي از خطاي كمتري برخوردار است.

13 431 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران الف( دماي سطحي ب( آلبدو سطحي ج( دماي سطحي د( آلبدو سطحي ركل 10. الف( انحراف معيار خطای باقيماندة دماي سطحي موديس با دماي سطحي برآورد رده در روش كوكريجينگ ب( انحراف معيار خطای باقيماندة آلبدوي سطحي موديس با آلبدوي سطحي برآوردرده در روش كوكريجينگ ج( انحراف معيار خطای باقيماندة دماي سطحي موديس با دماي سطحي برآوردرده در روش رگرسيون د( انحراف معيار خطای باقيماندة آلبدوي سطحي موديس با آلبدوي سطحي برآورد رده در روش رگرسيون. بررسي ارتباط مقادير شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده با آلبدوي سطحي و دماي سطحي برآورد شده اين امكان را فراهم ميكند تا نواحي را بر اساس ويژگيهاي اين سه متغير طبقهبندي كرد. به عبارت ديگر نواحي همگون را بر اساس 1 ويژگي ميزان خشكي طبقه كرد. در شكل 11 مناطق مرطوب مناطقياند كره ترراكم سربزينگي براال دمراي سرطحي و آلبدوي سطحي پاييني دارند. مناطق خشك با تراكم سبزينگي پايين دماي سرطحي و آلبردوي سرطحي براال مشرخص ميشود. ركل 11. ارتباط بين راخص گياهي تفاضلي نرمالرده با آلبدوي سطحي و دماي سطحي در تعيين ميزان خشكي مناطق رررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررررر 1. خشكي نوعي ويژگي دايمي آبوهوايي در يك منطقه است.

14 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان بحث و نتيجهگيري نتايج اين تحقيق نشان داد كه پوش گياهي يكي از عوامل مهم در تغييرپذيري اقلريم منطقرة مرورد مطالعره محسروب ميشود كه نق اساسي در تعامالت بين فرايندهاي سطح زمين )آلبدوي سطحي( و جو )دماي سطح زمين( ايفا ميكند. فصل گرم سال به عنوان دورة مطالعاتي نشان داد كه فعاليتهاي فتوسنتز همچنين فرايند تعرق موجب ميشود تا دماي ميكروكليماي اين مناطق كمتر از مناطق بدون پوش گياهي باشد زيرا دفع آب در گياه عمردتا از طريرق پديردة تعررق صورت ميپذيرد. در اين شرايط آب به صورت بخار آب و از محل روزنهها به خارج از گياه منتقل ميشود. نتايج وان و همكاران )2004( نيز نشان داد كه شيب تغييرات دماي سطح زمين وابسته به مقردار سربزينگي اسرت. همچنين عامل سايه و رطوبت خات و هوموس در مناطق جنگلي شمال ايران نيز موجب كاه دماي سطحي و آلبدوي سطحي ميشود. از طرفي مقادير آلبدوي سطحي در نواحي داراي پوش گياهي كمترر از نرواحي فاقرد پوشر گيراهي است بهطوري كه مقادير انرژي بازتابشده در حدود 11 درصد و مناطق بدون پوشر گيراهي حردود 31 درصرد اسرت. بهطور كلي در نواحي بياباني و پاليا بهخصو نمكزارهاي منطقة مورد مطالعه به دليل ماهيرت فيزيكري و رنرگ مرواد مقادير آلبدوي سطحي و شدت آن بيشتر است. البته در نواحي زهك كويري كه مقادير آب موجود در خات زيراد اسرت عامل كاه دماي سطحي و كاه آلبدوي سطحي تا حدودي نيز مشاهده ميشود. هامل و همكراران )1979( نشران دادند كه آلبدوي سطحي در بيابانها از %20 تا %40 تغيير ميكند و تغييرات فصلي آلبردوي سرطحي در ايرن منراطق در نتيجة تغيير شرايط رطوبت سطح اتفاق ميافتد. رنگ خات رطوبت ساختار و نراهمواري همگري برر آلبردوي سرطحي تأثيرگذارند و خاتهاي فاقد ساختار آلبدوي سطحي را 15 تا %20 افزاي ميدهند. با توجه به نتايج رضايتبخ روش كوكريجينگ در برآورد دماي سطحي و آلبدوي سرطحي ايرن امكران فرراهم ميآيد تا بدون نياز به دادههاي حرارتي باندهاي انعكاسي و انجام مراحل پي پردازش اين دادهها بتروان برا دقرت قابرل توجهي مقادير آلبدوي سطحي و دماي سطحي را با استفاده از شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده برآورد كرد. نتايج ارتباط سهگانه بين شاخص گياهي تفاضلي نرمالشده با آلبدوي سطحي و دماي سطحي برآورد شده نشان ميدهد كه استفاده از متغيرهاي مذكور در بررسي شرايط خشكي مناطق مفيد است. همانطور كه در اين تحقيق نشان داده شد متغيرهاي جغرافيايي عالوه بر ارتباط كالسيك رگرسريوني برين خرود داراي همبستگي فضايي نيز هست. استفاده از خوا همبستگي فضايي به طور چشمگيري دقت برآوردهراي متغيرهراي جغرافيايي را افزاي ميدهد. از اينرو پيشنهاد ميشود از روشهاي زمينآمار در برآورد متغيرهاي دورسنجي مانند تبخير و تعرق دماي هوا و جزآن در كنار روشهاي آمار كالسيك استفاده كرد. مطالعرات بيشرتري در زمينرة اسرتفاده از سراير روشهاي دادهكاوي در برآورد آلبدوي سطحي و دماي سطحي همچنين توسعة شاخص خشكي با اسرتفاده از دادههراي دورسنجي به دست نويسندگان در حال انجام است.

15 433 ارتباط پورش گياهي با دما و آلبدوي سطحي در دورة گرم سال با استفاده از دادههاي موديس در رمال ايران منابع دشتكيان ت. و دهقراني م. ع. )1386(. بررسي دماي سطح زمين در ارتباط با پورش گياهي و توسعة رقري با اساتفاده از سانجش از دور و سامانههاي اطاليات جغرافيايي در مناطق بياباني. مجلة پژوه و سازندگي در منابع طبيعي شمارة عليجاني ب. و كاوياني م. ر. )1371(. مباني آب و هوارناسي انتشارات سمت. Adab, H. (2014). Remote Sensing based Thermophysical Approach for Detecting Forest Pre-Ignition in Iran. Ph.D. Dissertation, Universiti Teknologi Malaysia (UTM), Faculty of Geoinformation and Real Estate, pp Betts, R.A., Cox, P.M., Lee, S.E. and Woodward, F.I. (1997). Contrasting Physiological and Structural Vegetation Feedbacks in Climate Change Simulations. Nature, Vol. 387, pp Boegh, E., Soegaard, H., Hanan, H., Kabat, P. and Lesch, L. (1998). A Remote Sensing Study of the NDVI-TS Relationship and the Transpiration from Sparse Vegetation in the Sahel based on High Resolution Data. Remote Sensing of Environment, Vol. 69, pp Bounoua, L., Collatz, G.J., Sellers, P.J., Randall, D.A., Dazlich, D.A., Los, S.O., Berry, J.A., Fung, I., Tucker, C.J., Field, C.B. and Jensen, T.G., (1999). Interaction between Vegetation and Climate: Radiative and Physiological Effects of Doubled Atmospheric CO. Journal of Climate, Vol. 12, pp Colwell, J. E. (1974). Vegetation Canopy Reflectance. Remote Sensing of Environment, Vol. 3, pp Hummel, John R., and Ruth A. Reck. (1979). A Global Surface Albedo Model. Journal of Applied Meteorology, Vol. 18, No. 3, pp Karnieli, A., Bayasgalan, M., Bayasgalan, Y., Agam, N., Khudulmur, S. and Tucker, C.J. (2006). Comments on the Use of the Vegetation Health Index over Mongolia, International Journal of Remote Sensing, Vol. 27, pp Liang, S., Shuey,C. J. L., Russ, A. Fang, H., Chen, M., Walthall, C.L., Daughtry, C.S.T., Hunt Jr, R. (2002). Narrow Band to Broad Band Conversions of Land Surface Albedo: II.Validation. Remote Sensing of Environment, Vol. 84, pp Loranty, Michael M., Goetz, Scott, J. and Beck. Pieter S.A. (2011). Tundra Vegetation Effects on Pan-Arctic Albedo. Environmental Research Letters, Vol. 6, No. 2, pp 1-7, Mu, Qiaozhen, Zhao, Maosheng, Kimball, John S., McDowell, Nathan G. and Running, Steven W. (2013). A Remotely Sensed Global Terrestrial Drought Severity Index. Bulletin of the American Meteorological Society, Vol. 94, No. 1, pp Neilson, R.P. (1986). High-Resolution Climatic Analysis and Southwest Biogeography. Science, Vol. 232, pp Pitman, A.J. (1991). A Simple Parameterization of Sub-Grid Scale Open Water for Climate Models. Climate Dynamics, Vol. 6, pp Prihodko, L. and Goward, S.N. (1997). Estimation of Air Temperature from Remotely Sensed Observations, Remote Sensing of Environment, Vol. 60, pp Rahman, H. and Dedieu, G. (1994). SMAC: A Simplified Method for the Atmospheric Correction of Satellite Measurements in the Solar Spectrum. International Journal of Remote Sensing, Vol. 15, pp Robinove, Charles J., Chavez Jr, Pat S., Gehring, Dale, and Holmgren, Ralph (1981). Arid Land Monitoring using Landsat Albedo Difference Images. Remote Sensing of Environment, Vol. 11, pp Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A. and Deering, D. W. (1973). Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains with ERTS. Third ERTS Symposium, NASA SP - 351, Vol. 1, pp Small, E.E. and Kurc, S. (2003). Tight Coupling Between Soil Moisture and the Surface Radiation Budget in Semiarid Environments: Implications for Land-Atmosphere Interactions. Water Resources Research, Vol. 39, No.10, pp Sun, D. and Kafatos, M. (2007). Note on the NDVI-LST Relationship and the Use of Temperature-Related Drought Indices over North America. Geophysical Research Letters, Vol.34, L24406, pp 1-4. Wan, Z., Wang, P. and Li., X. (2004). Using MODIS Land Surface Temperature and Normalized Difference

16 پژوهشهاي جغرافياي طبيعي دورة 46 رماره 4 زمستان Vegetation Index Products for Monitoring Drought in the Southern Great Plains, USA. International Journal of Remote Sensing, Vol. 25, No. 1, pp Wang, J., Rich, P.M. and Price, K.P. (2003). Temporal responses of NDVI to precipitation and temperature in the central great plains, USA. International Journal of Remote Sensing, Vol. 24, No. 11, pp Weiss, J.L., Gutzler, D.S., Coonrod, J.E.A. and Dahm, C.N. (2004). Seasonal and Inter-Annual Relationships between Vegetation and Climate in Central New Mexico, USA. Journal of Arid Environments, Vol. 57, pp Xue, Y., Sellers, P.J., Kinter, J.L. and Shukla, J. (1991). A Simplified Biosphere Model for Global Climate Studies. Journal of Climate, Vol. 4, pp Yao, Y., Liang, S., Cheng, J., Liu, S., Fisher, J.B., Zhang, X., Jia, K., Zhao, X., Qin, Q., Zhao, B., Han, S., Zhou, G., Zhou, G., Li, Y. and Zhao, S. (2013). MODIS-Driven Estimation of Terrestrial Latent Heat Flux in China Based on a Modified Priestley-Taylor Algorithm. Agricultural and Forest Meteorology, Vol , pp Zhou, Chuncheng, Lingling, Ma, Xinhong, Wang and Shi, Qiu (2010). A Thin Cloud Removal Method for Optical Remote Sensing Imagery Based on Spatial Variogram. 6 th International Conference on Wireless Communications Networking and Mobile Computing (WiCOM), Canada, Sept.