مدل سازی سطوح مختلف رطوبت خاک سطحی در گستره ی داده های حرارتی و انعکاسی (مقاله علمی وزارت علوم)

چکیده

رطوبت خاک یکی از مهم ترین متغیرهای محیطی است و شناخت تغییرات مکانی و زمانی آن، بینش ارزشمندی را در مطالعه مراحل مختلف هیدرولوژیکی و مدل های آب و هوایی به همراه دارد. هدف از پژوهش، دسترسی به پایگاه های دور یا بیرون از دستِ رطوبت خاک در مناطق خشک و نیمه خشک است. داده های ماهواره ای لندست8 در منطقه ی خشک و نیمه خشکی از استان خراسان رضوی تهیه و پس از آماده سازی و پیش پردازش، به همراه مقادیر محاسبه شده ی چندین نمایه ی طیفی، تجزیه ی مؤلفه های اصلی و تبدیل داده ی تسلدکپ، به عنوان متغیرهای پیش بینی کننده، مورداستفاده قرار گرفتند. به روشِ آمار مکانی شاخص مورانز توأم با شاخص خوشه بندی حداقل- حداکثر، همبستگی جغرافیایی داده ها بررسی شد. همبسته ترین متغیرها نیز به روش رگرسیون اکتشافی و روش همبستگی دومتغیره، با محاسبه ی عامل تورم واریانس، ضریب پیرسون و ضریب تعیین، در سه سطحِ رطوبتیِ مساوی یا بیشتر از 5%، 4 تا 5 درصد و مساوی یا کمتر از 4%، مشخص شدند. پی ریزی توابعِ تخمین رطوبت سطحی خاک نیز، با هفت روشِ رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR)، رگرسیون چندگانه یِ گام به گام، رگرسیون چندگانه یِ پس حذف رو، رگرسیون چندگانه یِ پیشرو، رگرسیون چندگانه یِ وارد شونده، رگرسیون چندگانه یِ عزل و آزمونِ اعتبار متقاطعِ درختی (M5P) انجام گرفت. 188 نمونه خاک هم زمان با گذر ماهواره از منطقه برداشت و 25 درصدِ آن ها با انتخاب تصادفی، در مرحله اعتبارسنجی استفاده شدند. بررسی دقت توابع و معرفی دقیق ترین مدل ها، با محاسبه ی 5 معیارخطاسنجی انجام شد که نتایج حاصل از مقایسه ی آماره های خطاسنجی در گام نهایی، به معرفی سه مدل برای سه سطح رطوبتیِ موردنظر ختم گردید. نتایج نشان دادند که تصاویر ماهواره، توانایی مناسبی برای تخمین رطوبت سطحی خاک دارند و مدل های معرفی شده، از ضریب همبستگیِ مناسبِ بیشتر از 5/0 (504/0 تا 618/0) برخوردارند. نتایج اعتبارسنجی مدل نیز نشان داد که روش تحقیق از دقت مناسبی (425/1 تا 585/0 RMSE=، و خطای نسبیِ 5 درصد)، در تخمین رطوبت سطحی خاک برخوردار است. میانگین خطای اریب در مدل های معرفی شده غالباً کمتر از یک است، بااین وجود مقدار این آماره تمایل به بیش بر آوری را در مدل معرفی شده برای سطح رطوبتیِ 5%≤ و تمایل به کم برآوری را برای دو مدل معرفی شده ی دیگر نشان می دهد. نسبت انحراف کارایی مدل ها (RPD) نیز با احتسابِ انحراف معیارِ (158/1 تا 221/0SD=)، 38/0 تا 93/0 برآورد شد.