براورد رطوبت خاک با استفاده از داده های سنجش از دور

رطوبت خاک یک متغیر مهم در هیدرولوژی سطح زمین است. برآورد خصوصیات خاک، از جمله رطوبت خاک، برای بسیاری از فرآیندهای بودجه ریزی آب، و برای کاربردهای هواشناسی و کشاورزی هم بسیار مهم است.

همچنین از اطلاعات رطوبت خاک می توان به عنوان شاخصی برای پیش بینی بلایای طبیعی مانند سیل و خشکسالی و تغییر محیط مانند طوفان های گرد و غبار و فرسایش استفاده کرد.

رطوبت خاک تاثیرات و پیامدهای بسیار مهمی برای کشاورزی دارد و احتمالاً (پس از بارش) مهمترین ارتباط بین چرخه هیدرولوژی و زندگی حیوانات، گیاهان و انسان است. مطالعات متعدد تأثیر رطوبت خاک بر بازخورد ارتباطات بین سطح زمین و آب و هوا را نشان می دهد که تأثیر زیادی بر پویایی لایه مرزی جوی و ارتباط مستقیم با آب و هوا و آب و هوای جهانی دارد.

نتایج علمی تحقیقاتی نشان داده است که ادغام اطلاعات رطوبتی خاک در مدل های هیدرولوژیکی می تواند دقت متغیرهای هیدرولوژیکی برآورد شده مانند تبخیر، دمای سطح و رطوبت خاک منطقه ریشه را بهبود بخشد.

کاربرد سنجش از دور در براورد رطوبت خاک

برای این منظور، لازم است تا رطوبت خاک را مقیاس های مکانی کوچک و بزرگ به دست آوریم. متأسفانه مشاهده کامل فعل و انفعالات هیدرولوژیکی زمین به همین راحتی ها نیست. دراین راستا علم سنجش از دور و ماهواره ها، ما را قادر می سازد تا با استفاده از مدلسازی دقیق تر فعل و انفعالات بین زمین و جو، رطوبت خاک را در مقیاس وسیع تخمین بزنیم.

همانطور که اشاره شد، اندازه گیری میدانی و دقیق رطوبت خاک بسیار گران است زیرا به تجزیه و تحلیل تغییرات دوره ای رطوبت خاک و فرآیند نمونه برداری مکرر دارد. علاوه بر این، خود نمونه گیری ممکن است مشکلاتی را به وجود آورد و داده های نمونه را غیرقابل اعتماد کند.

سنجش از دور توانایی جمع آوری اطلاعات از نمونه های مختلف را در یک منطقه بزرگ در یک زمان کوتاه و فواصل زمانی تکرار شده، به ویژه با پیشرفت های اخیر در عملکرد سنسورهای ماهواره ای و وضوح تصویر زمانی و مکانی دارد.

چالش های سنجش از دور در براورد رطوبت خاک

وظیفه تخمین رطوبت خاک زمانی دشوارتر می شود که منطقه مورد مطالعه سرزمینی پوشیده از گیاهان شدید یا برف باشد و تغییرات توپوگرافی قابل توجهی در منطقه وجود داشته باشد.

در حال حاضر، روشهای سنجش از دور در تخمین رطوبت خاک از لایه های عمیق خاک، مانند لایه های خاک منطقه ریشه، موفق نبوده اند.

روش های سنجش از دور توانایی براورد رطوبت خاک تا عمق 5 سانتی متری از سطح بالای خاک را دارند. پوشش خاک و توپوگرافی به عنوان اصلی ترین پارامترهایی هستند که برآورد رطوبت خاک را تحت تأثیر قرار می دهند.

رطوبت خاک و تصاویر ماهواه ای

اطلاعات رطوبت خاک را می توان از روشهای مختلف سنجش از دور با استفاده از داده های مختلف مانند داده های مرئی، مادون قرمز، حرارتی و مایکروویو بازیابی کرد.

هر روش سنجش از دور استفاده شده دارای مزایا و معایب خاص خود است، بر اساس میزان حساسیت سطح خاک به تابش الکترومغناطیسی و میزان تابش منعکس شده از سطح خاک و غیره.

اگرچه در اندازه گیری های میدانی رطوبت خاک ممکن است خطاهای نمونه برداری وجود داشته باشد، اما وجود آنها اندازه گیری استاندارد و تخمین رطوبت خاک در نظر گرفته می شوند و برآورد اطلاعات سنجش از دور با اندازه گیری های نمونه مقایسه می شود.

ماهواره ها

سنجش از راه دور مایکروویو فعال و غیرفعال، توانایی منحصر به فردی را برای به دست آوردن مشاهدات رطوبت خاک در مقیاس جهانی و منطقه ای فراهم می کند که به ارضای نیازهای علمی و کاربردی برای هیدرولوژی کمک می کند.

تابش الکترومغناطیسی ساطع شده (در حالت سنجش از دور منفعل) یا تابش مایکروویو منعکس شده (در حالت سنجش از دور فعال) از سطح خاک به سنسور، تنها اندازه گیری مطالعه خصوصیات خاک از راه دور است.

در ادامه به ماهواره هایی که از داده های آن ها از سال 1991 برای تخمین رطوبت خاک استفاده شده است اشاره می شود: سنسور SAR، سنسور کنترل از راه دور، به دلیل توانایی در ضبط تصاویر با وضوح بالا برای بازیابی رطوبت خاک بر اساس تغییرات فضایی در رطوبت خاک، پرکاربردترین سنسور فعال (ااکتیو) برای ارزیابی رطوبت خاک است. ماهواره ترا با سنسور (ترا- مودیس)، لندست با سنسور (لندست) و آکوا از جمله ماهواره های غیر فعال (پسیو) مورد استفاده در تخمین رطوبت خاک است.

بر اساس روش های سنجش از دور فعال، برآورد رطوبت خاک در خاک لخت یا خاکی با پوشش گیاهی کمتر، نتایج دقیق تری را در مقایسه با استفاده از روش های مخلوط خاک پوشاننده زمین ارائه می دهد. علاوه بر این، هنگامی که پوشش گیاهی متراکم باشد، فرآیند تخمین چالش برانگیزتر می شود. از طرف دیگر، تحت شرایط مشابه پوشش خاک، بازیابی رطوبت خاک با استفاده از ترکیبی از اطلاعات سنسورهای فعال و غیرفعال، نتایج دقیق تری را ارائه می دهد.