دمای خاک

دمای هوا به عنوان یکی از مهمترین فراسنج های جوی در تامین انرژی مورد نیاز گیاه در مراحل مختلف فنولوژی نقش بسزایی دارد. به تبع آن، دمای خاک نیز با تاثیرگذاری در فعل و انفعالات شیمیایی خاک و انتقال مواد غذایی از ریشه به اندام های رویشی و زایشی و در نتیجه عملکرد بهتر و بیشتر محصول حایز اهمیت است. هدف از این تحقیق، برآورد دمای اعماق مختلف خاک با توجه به مشاهدات دمای هوا در سطوح رطوبتی مختلف خاک بود که برای نیل به این مقصود طی یک دوره پنج ماهه (از اول اسفندماه سال 1384 تا پایان تیرماه سال (1385 آمار مربوط به دمای هوا، رطوبت و دمای اعماق 5 و 15 سانتی متری خاک ثبت گردید. تحلیل های آماری با استفاده از نرم افزارهای SPSS، Statgraph و Excel و بر اساس روش های استاندارد آماری صورت گرفت.

هدف اصلی این تحقیق بررسی روند دمای اعماق خاک در ایستگاه یزد می باشد. بدین منظور داده های روزانه ی دمای خاک ایستگاه سینوپتیک یزد در اعماق 5، 10، 20، 30، 50 و100 سانتیمتری از سطح زمین در ساعات 03، 09 و 15 گرینویچ در دوره ی آماری 5 ساله (1384-1380) انتخاب و تجزیه و تحلیل بر روی آنها انجام گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین دامنه ی نوسان روزانه ی دما در لایه های نزدیک به سطح زمین (عمق 5 سانتیمتری) در ساعت 5/6 صبح و در ماه فروردین می باشد که با افزایش عمق پیوسته از مقدار آن کاسته می شود، بطوری که در عمق 100 سانتیمتری در ماه مرداد به کمترین مقدار خود می رسد. همچنین در عمق های 5 و 10 سانتیمتری حداکثر دما در اوایل تیرماه اتفاق افتاده است، درحالی که در عمق 100 سانتیمتری با یک ماه تاخیر زمانی در اوایل مرداد رخ داده است. حداقل دما نیز درسطوح بالا (5، 10 و 20سانتیمتری) در اوایل دی ماه و در اعماق پایین تر به تدریج تا اواخردی اتفاق افتاده است که نشان می دهد موج گرمایی حداکثر روزانه دیرتر از موج گرمایی حداقل به ژرفایی معین می رسد.

امروزه محدودیت های منابع انرژی، رشد چشمگیر مصرف آن و آثار مخربی که مصرف بالای انرژی بر محیط زیست تحمیل می کند، لزوم صرفه جویی و بهینه سازی مصرف انرژی را دو چندان کرده است. برای به حداقل رساندن وابستگی به انرژی، لازم است که ساختارهای نوآورانه ای با مصرف انرژی کمتر ساخته شوند. از آنجا که بیشترین میزان مصرف انرژی مربوط به بخش ساختمان است )حدود 40درصد) و بخش عمده آن صرف سرمایش، گرمایش و تهویه می شود، راهکارهای طراحی غیرفعال، کمک قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی می کنند. یکی از روش های کاهش کل انرژی مورد نیاز، جایگزینی ساختمان های زیرزمینی با ساختمان های معمولی بالای سطح زمین است. این مطالعه به بررسی الگوی تبادل حرارت، دریافت و اتلاف گرما، برای شناسایی اصولی که باعث می شود یک ساختمان زیرزمینی به عنوان یک سیستم ذخیره انرژی عمل کند، می پردازد. استفاده از دیوارهای زیرزمینی در اعماق مختلف، تأثیری مستقیم بر میزان مصرف انرژی و محیط زیست دارد. در این پژوهش، دمای خاک در سه اقلیم تهران و یزد و تبریز با استفاده از یک مدل حرارتی محاسبه گردیده و سپس تجزیه و تحلیل جداگانه ای با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار انرژی پلاس از یک ساختمان بالای سطح زمین و یک ساختمان زمین پناه با جبهه باز رو به جنوب در اعماق 1- متری تا 6- متری انجام می گیرد تا مشخص شود در اعماق مختلف، ساختمان به لحاظ مصرف انرژی چگونه رفتار می کند و در نهایت در کدام اقلیم عملکرد بهتری دارد. نتایج شبیه سازی نشان دادند که با توجه به پارامتر های خاک در نظر گرفته شده برای هر سه اقلیم، میزان صرفه جویی در مصرف انرژی در شهر یزد بیشتر از تهران و تبریز بوده است و به طور کلی، ساختمان های زیرزمینی در اقلیم گرم و خشک و در فصول گرم سال عملکرد بهتری دارند، تا جایی که بار سرمایشی را در بعضی از اعماق به صفر می رسانند.

در این پژوهش، برای اولین بار در ایران، تابش کل خورشیدی (GSR) با به کارگیری داده های ساعتی رطوبت خاک و بدون استفاده از داده های ساعت آفتابی و مقدار ابرناکی برآورد شد. بدین منظور، از هشت متغیر روزانه شامل میانگین دمای هوا، بیشینه دما، کمینه دما ، فشار هوا، رطوبت نسبی هوا، بارندگی، دمای میانگین خاک، و رطوبت خاک در کنار تابش کل روزانه در ایستگاه تحقیقاتی هواشناسی دانشگاه بوعلی سینا در یک دوره 435روزه (ثبت شده توسط واقعه نگاشت GEONICA) و مدل های رگرسیون خطی، سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیفی (ANFIS)، شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، و شبکه عصبی رگرسیون تعمیم یافته (GRNN) استفاده شد. نمونه های ورودی- هدف به دو صورت تصادفی و غیرتصادفی وارد مدل ها شد که نتایج گواه بر دقت بهتر مدل ها در نمونه های تصادفی شده تحت شرایط استفاده از کل متغیرها به عنوان ورودی بود. بررسی ها حاکی از برتری مدل MLP با 04/3RMSE= مگاژول بر متر مربع در روز و %33/86=R2 بود. افزون براین، به کارگیری کمترین متغیرهای هواشناسی شامل سه متغیر دمای میانگین هوا، رطوبت نسبی هوا، و دمای خاک در مدل GRNN توانست با 45/3RMSE= مگاژول بر مترمربع در روز و %52/82R2= عملکرد بسیار مطلوبی در تخمین GSR ارائه دهد. رگرسیون خطی چند متغیره نیز فقط توانست یافتن ورودی ها را تسهیل کند.

دمای خاک یکی از پارامترهای مهم در مطالعات هیدرولوژی، هواشناسی کشاورزی و اقلیم شناسی است. در این پژوهش تغییرات دمای خاک ایران در عمق های 5 تا 30سانتی متری زمین با هدف شناسایی رفتار زمانی و مکانی دما در گستره ی ایران بررسی شده است. بدین منظور داده های دمای خاک ۱۵۰ ایستگاه هواشناسی ایران استفاده شده است. پس از کنترل کیفی داده ها و انجام تحلیل های آماری مقدماتی، تغییرات روزانه و ماهانه ی دما برای کل ایران بررسی شد. در ادامه روند دمای خاک با استفاده از آزمون ناپارامتری من-کندال و شیب خط سن بررسی شده است. نتایج نشان داد رابطه ی مستقیم میان افزایش و کاهش دمای خاک در طول سال و ضریب تغییرات روزانه ی آن دیده می شود. روند مثبت دما در دو فصل تابستان و زمستان در گستره ی ایران فراگیر بوده است. در فصل تابستان روندهای قوی با اطمینان ۹۹ درصد غالبا در مناطق کوهستانی فراوانی بیشتری دارد در حالی که در فصل زمستان ایستگاه های واقع در نیمه ی جنوبی ایران بیشترین روند مثبت دمای خاک را در عمق های مختلف تجربه کرده اند. بررسی مقادیر روند دما گویای این است که روندهای بالاتر از ۱ درجه ی سلسیوس غالبا تا عمق ۲۰ سانتی متری خاک دیده می شود. روند افزایشی دمای خاک در فصل زمستان گسترش مکانی بیشتری را نشان می دهد که گویای افزایش دماهای کمینه ی سالانه است و در حالت کلی روند افزایشی دمای خاک ایران را در بلندمدت نشان می دهد.