علوم آب و خاک

---

تاریخ‌های آغاز و خاتمه یخبندان بر مبنای دمای کمینه دیدبانی شده در پناهگاه هواشناسی (دماهای کمینه کمتر یا مساوی صفر درجه سلسیوس) برای 3 ایستگاه همدید(سینوپتیک) زنجان، قزوین و تهران در دوره مشترک 39 ساله تعیین و یخبندان‌های فرارفتی با بررسی مقادیر فراسنج‌های جوی در ساعات دیدبانی و با کمک نقشه‌های همدیدی از یخبندان‌های تابشی تفکیک شده‌اند. هم‌چنین نشان داده شده است که سری‌های زمانی تاریخ آغاز و خاتمه یخبندان‌های فرارفتی تصادفی است و از تابع توزیع نرمال پیروی می‌کنند. طول فصل رشد بالقوه نیز که به‌صورت مدت زمانی بین آخرین یخبندان فرارفتی بهاره و اولین یخبندان فرارفتی پاییزه تعریف می‌شود، محاسبه و نشان داده شده است که در مقایسه با فصل رشدی که با محاسبه فاصله زمانی از آخرین رخداد دمای صفر درجه سلسیوس یا کمتر در بهار تا اولین رخداد دمای صفر یا کمتر در پاییز تعیین می‌شود، در زنجان 29 روز، در قزوین 23 روز و در تهران 10 روز طولانی‌تر است. تعداد یخبندان‌های تابشی در فاصله بین اولین یخبندان تابشی در پاییز یا آخرین یخبندان تابشی در بهار و یخبندان فرارفتی مربوطه مورد شمارش قرار گرفته و نشان داده شده که این فراسنج در ناحیه زنجان بزرگ‌تر از قزوین و تهران است. تعداد روزهای بین دو یخبندان اول در پاییز و دو یخبندان آخر در بهار نیز ارائه و نشان داده شده است که امکان طولانی‌تر کردن فصل رشد بهاره در صورت یک شب محافظت از یخبندان، در صورتی‌که اولین یخبندان در پاییز و آخرین یخبندان در بهار از نوع تابشی باشند، در زنجان و تهران 4 روز و در قزوین 6 روز است. به این ترتیب، براورد قابلیت اجرای عملیات محافظت از یخبندان برای محصولات کشاورزی در مناطق مورد مطالعه، امکان‌پذیر می‌شود.

---

تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین (Rs) در بسیاری از زمینه‌ها از داده‌های اساسی می‌باشد. مهندسین انرژی، معماری، کشاورزی و هیدرولوژی در کارهای خود از Rs به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌کنند. به‌دلیل اهمیت Rs، مدل‌های مختلفی برای تخمین آن ارائه شده است. در این پژوهش با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده روزانه Rs در سال‌های 1382 و 1383 در منطقه باجگاه در استان فارس، ضرایب مدل آنگستروم بر اساس نسبت ساعات آفتابی واقعی روزانه (n) به حداکثر ساعات آفتابی ممکن (N) واسنجی گردید. این مدل با اعمال دمای هوا به‌صورت‌های مختلف اصلاح شد تا علاوه بر نسبت n/N، اثر زمان وقوع ابری بودن نیز به‌صورت غیر مستقیم جهت تخمین Rs به‌کار گرفته شود. نتایج به‌دست آمده نشان داد که اضافه کردن دمای هوا در معادله آنگستروم باعث بالا رفتن دقت تخمین Rs گردید. بررسی‌ها نشان داد که اضافه شدن متوسط روزانه دمای هوا نسبت به وارد نمودن جذر اختلاف حداکثر و حداقل دمای هوا، تأثیر بیشتری بر دقت تخمین Rs داشت. هم‌چنین یک مدل منطقه‌ای دقیق با در نظر گرفتن عوامل مختلف هواشناسی شامل اطلاعات روزانه مقدار کمبود فشار بخار اشباع، درصد رطوبت نسبی، بارندگی، دمای متوسط هوا، اختلاف بین مقادیر حداکثر و حداقل دمای روزانه و نسبت n/N ارائه شد. این مدل دارای بهترین تخمین در بین مدل‌های مورد بحث بود. در بخش دیگر این پژوهش تعدادی از مدل‌های تخمین Rs، که قبلاً توسط پژوهشگران دیگر ارائه شده بودند، برای منطقه مورد مطالعه واسنجی شدند. در نهایت با استفاده از داده‌های مستقل اندازه‌گیری شده تابش در سال 1384 تمام مدل‌ها اعتبارسنجی شدند. نتایج سنجش اعتبار مدل‌ها نشان داد که مدل منطقه‌ای دقیق که دارای نسبت n/N و سایر اطلاعات هواشناسی است، دارای دقت تخمین بالاتری نسبت به سایر مدل‌ها می‌باشد. در نتیجه معادلاتی که دارای عوامل دما و نسبت n/N هستند، در مقایسه با مدل‌های فاقد این نسبت، از دقت بالاتری برخوردار می‌باشند.

---

تابش خورشید رسیده به زمین یکی از پارامترهای مورد نیاز برای مطالعات منابع آب، محیط زیست و کشاورزی است. این پارامتر به ندرت در ایستگاه‌های هواشناسی اندازه‌گیری می شود و از این رو روش‌های تجربی زیادی برای برآورد آن با استفاده از سایر پارامترهای هواشناسی ارائه شده است. در این تحقیق دو روش تجربی انگستروم و هارگریوز - سامانی که به ترتیب مبتنی بر ساعات آفتابی و دمای هوا هستند، جهت برآورد تابش روزانه خورشید در جنوب شرق تهران واسنجی و ارزیابی شدند. هم‌چنین دو مدل شبکه عصبی با ورودی‌های مشابه با مدل های تجربی فوق ارائه شدند. نتایج بررسی نشان داد، مدل های تجربی فوق و مدل‌های شبکه های عصبی با دقت خوبی تابش خورشید را برآورد می کنند، لیکن، مدل های مبتنی بر ساعات آفتابی نسبت به مدل‌های مبتنی بر دمای هوا برتری دارند. مدل شبکه عصبی مبتنی بر ساعات آفتابی با ضریب تعیین (R2) برابر 97/0 و جذر میانگین مربع خطا (RMSE) برابر 34/1 مگاژول بر متر مربع در روز بهترین نتایج را ارائه داد.

---

در این تحقیق روش آماری سنجش از دور برای برآورد تابش خورشید رسیده به زمین با استفاده از داده‌های تصاویر ماهواره نوا سنجنده AVHRR برای منطقه جنوب شرق تهران واسنجی و ارزیابی شد. اساس این روش بر هم‌بستگی خطی بین شاخص ابر برآورد شده از تصاویر ماهواره‌ای و شاخص صافی هوای اندازه‌گیری شده در ایستگاه هواشناسی است. هم‌چنین یک مدل هم‌بستگی چند متغیره برای تبدیل داده‌های پنج باند ماهواره نوا و تابش بیرون زمینی به تابش رسیده به زمین تدوین و با روش آماری بالا مقایسه شد. نتایج نشان داد، مدل هم‌بستگی چند متغیره با ضریب تعیین (R2) و جذر میانگین مربع خطا (RMSE) به ترتیب مساوی 93/0 و 8/5 درصد در مقایسه با روش آماری، با دقت زیادتری تابش رسیده به زمین را برآورد می‌کند.

---

تابش خورشیدی رسیده به سطح زمین در برآورد تبخیر- تعرق گیاهان و مطالعات هیدرولوژی عامل بسیار مهمی می‌باشد. به منظور برآورد مقدار تابش کل خورشیدی روزانه بر یک سطح افقی، از شبکه‌های عصبی مصنوعی و هم‌چنین از پنج مدل تجربی شامل مدل‌های فائو (نشریه 56)، هارگریوز-سامانی، محمود-هابرد، باهل و آناندل استفاده شد. داده‌های مورد استفاده از سه ایستگاه هواشناسی کرج، شیراز و رامسر که براساس طبقه‌بندی اقلیمی دومارتن به‌ترتیب دارای اقلیم‌های خشک، نیمه‌خشک و بسیار مرطوب می‌باشند و مقدار تابش کل خورشیدی روزانه در این سه ایستگاه به‌صورت روزانه ثبت می‌شود در دوره آماری 1985 تا 1990 (6 سال) انتخاب شدند. دقت مدل‌های مذکور در هر یک از سه ایستگاه بررسی شدند. از بین تمام مدل‌های استفاده شده برای تخمین تابش کل خورشیدی روزانه، مدل شبکه عصبی مصنوعی با ورودی‌های ساعات آفتابی روزانه و حداکثر ساعات آفتابی روزانه در هر سه ایستگاه کرج، شیراز و رامسر به‌ترتیب با ریشه متوسط مجذور خطا برابر 08/2، 85/1 و 05/2 مگاژول بر مترمربع در روز بهترین مدل‌ها بودند. بعد از آن مدل فائو (نشریه 56) که تابش کل خورشیدی را براساس پارامتر ساعات آفتابی تخمین می‌زند، از بیشترین دقت برآورد برخوردار بود. در مقابل مدل‌های ذکر شده، مدل‌های‏‏ شبکه‌های عصبی مصنوعی با پارامترهای ورودی دمایی (دمای حداقل و حداکثر) و هم‌چنین مدل‌های هارگریوز- سامانی، آناندل و محمود-هابرد که مدل‌های‏‏ دمایی هستند، از دقت کمتری برخوردارند و جهت تخمین تابش کل خورشیدی به‌صورت روزانه مناسب نمی‌باشند

---

تبخیر و تعرق مرجع (ET0) یکی از پارامترهای لازم برای تعیین آب مورد نیاز و برنامه‌ریزی آبیاری گیاهان است. در این تحقیق، روشی ارائه شد که این پارامتر در شبکه‌های آبیاری با استفاده از تصاویر ماهواره نوا برآورد شود. در این روش، برای هر تصویر، یک پیکسل از مجموعه پیکسل‌های محدوده شبکه آبیاری با بیشترین شاخص پوشش گیاهی انتخاب شد و دمای سطح آن به همراه پارامتر تابش فرا زمینی به‌عنوان ورودی مدل تبخیر و تعرق استفاده می‌شود. مدل درختی M5 برای تبدیل دمای سطح زمین و تابش فرا زمینی به ET0 به‌کار رفت. شبکه مورد مطالعه این تحقیق شبکه آبیاری قزوین بود. تعداد 231 تصویر ماهواره نوا مربوط به فصل آبیاری شبکه قزوین برای یک دوره 3 ساله استفاده شد. نتایج نشان داد که ET0 با استفاده از مدل تدوین شده و داده‌های اختصاص داده شده برای آزمون، با ضریب تعیین (R2)، درصد جذر میانگین مربع خطا (RMSE) و درصد میانگین انحراف خطا (MBE) به‌ترتیب برابر 81/0، 5/8 درصد و 5/2 درصد برآورد شده است.

---

با وجود اهمیت مسئله خشک شدن دریاچه ارومیه، انجام تحقیقات علمی و مبتنی بر اصول آبخیزداری در رابطه با آن کمتر به‌چشم می‌خورد. تابش خورشیدی از پارامترهای کلیدی ورودی مدل‌های تخمین نرخ تبخیر و تعرق مرجع می‌باشد، در این تحقیق، پس از ارزیابی و انتخاب بهترین مدل تخمین تابش، متوسط ماهانه نرخ تبخیر و تعرق مرجع روزانه در 7 ایستگاه هواشناسی واقع در حوزه آبریز دریاچه ارومیه در دوره آماری 2005-1986 برآورد شد. مدل‌هایی که برای برآورد تابش خورشیدی مورد ارزیابی قرار گرفتند شامل مدل فیزیکی هیبرید (Hybrid)، مدل تجربی آنگسترم-پرسکات و مدل‌های اصلاح شده دانشیار و صباغ می‌باشند. برای ارزیابی مدل‌های تابش از معیارهای آماری خطا شامل ME، MAE، RMSE و MPE استفاده شد. مقدار آماره RMSE در مدل هیبرید برابر 7/1 مگاژول بر مترمربع در روز و در مدل‌های آنگسترم-پرسکات، اصلاح شده دانشیار و صباغ به‌ترتیب برابر 9/2، 3/2 و 9/2 مگاژول بر مترمربع در روز به‌دست آمد. نتایج نشان‌دهنده کارایی بالاتر مدل هیبرید نسبت به سه مدل دیگر در مقیاس ماهانه می‌باشد. در مرحله بعد، تأثیر انتخاب مدل تابش در برآورد نرخ تبخیر و تعرق مرجع توسط مدل استاندارد پنمن- مونتیث- فائو(PMF56) مورد ارزیابی قرار گرفت. مدل PMF56 با مدل هیبرید تلفیق شده و مدل جدیدی به‌نامPMF56-Hybrid توسعه یافت. این مدل در تخمین نرخ تبخیر و تعرق مرجع ایستگاه‌های انتخابی از کارایی بالاتری برخوردار است. نتایج نشان داد که استفاده از مدل‌های هیبرید و اصلاح شده دانشیار منجر به بهبود تخمین ET0 شده و دارای خطای کمتری نسبت به دو مدل دیگر می‌باشند. مدل واسنجی شده آنگستروم-پرسکات، نرخ تبخیر و تعرق مرجع را 19 درصد بیشتر برآورد می‌کند.

---

هدف این مطالعه مقایسه و واسنجی تعداد ۲۰ روش مختلف تخمین تبخیر- تعرق گیاه مرجع (₀ET) مبتنی بر سه روش کلی دمای هوا، تابش خورشید و انتقال جرم در حوضه آبریز دریاچه ارومیه می‌باشد. برای این‌ منظور از اطلاعات ۱۰ ایستگاه هواشناسی همدید در دوره آماری ۲۰۱۰-۱۹۸۶ استفاده شد. نتایج روش‌های مذکور با خروجی روش فائو پنمن- مانتیث (۵۶PMF-) مقایسه شد. واسنجی روش‌ها برای یکایک ایستگاه‌ها و تمام ماه‌ها و در طول دوره آماری مذکور انجام شد. ارزیابی عملکرد روش‌ها با آماره‌هایR²،RMSE ، MBE و MAE به‌عمل آمد. نتایج نشان داد که واسنجی روش‌ها عملکرد آنها را به‌طور قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌دهد. بعد از واسنجی، از بین روش‌های بر مبنای دمای هوا، روش هارگریوز (HG) با ضریب تبیین ۹۶/۰=^۲R، از بین روش‌های کلی تابش، روش دورنبوس- پروئیت ((DP با ضریب ^۲R معادل ۹۸۲/۰ و از بین روش‌های مبتنی بر انتقال جرم، بعد از واسنجی، روش مییر (M) با ^۲R معادل ۸۹۵/۰ به‌عنوان بهترین روش در حوضه مورد مطالعه شناخته شدند. به‌طورکلی، عملکرد روش‌های مبتنی بر تابش پس از واسنجی بهتر از سایر روش‌ها در این حوضه بود. بنابراین، روش DP پس از واسنجی برای تخمین ₀ET در حوضه دریاچه ارومیه از دقت بالاتری برخوردار بوده و قابل توصیه می‌باشد.

---