تبخیر - تعرق

این مطالعه با هدف تعیین تبخیر – تعرق واقعی گیاه ذرت که از گیاهان اصلی اراضی کشاورزی شمال خوزستان است، با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره ای لندست 8 در چهار گذر ماهواره ای شامل: 22 مرداد، 23 شهریور، 24 مهر  و 26 آبان ماه 1392 و داده های هواشناسی مورد نیاز و بر اساس معادله بیلان انرژی سطح ( سبال) صورت گرفته است. نتایج نشان داد، که مقدار تبخیر- تعرق واقعی محاسبه شده از مدل سبال برای گیاه ذرت در مرحله ابتدایی رشد، مرحله توسعه، مرحله میانی و پایانی رشد بترتیب 04/5، 23/8، 55/5  و 46/1 میلی متر  در روز است. مقادیر حاصل از سنجش از دور، برای ارزیابی با روش های فائو- پنمن- مانتیث و تشتک تبخیر مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که RMSE و MAE نسبت به روش فائو- پنمن – مانتیث بترتیب 45/0 و 18/0 میلی متر  در روز  است. نتایج حاصل حاکی از آن بود که  سبال قادر است پاسخ های معتبری را با صحت و دقت کافی در زمان نسبتاً کوتاهی ارائه نماید و می تواند به عنوان روشی کارآمد و سودمند در سازماندهی منابع آب و بهینه سازی مصرف در تأمین نیاز آبی گیاهان از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد.

آب و امنیت غذایی چالش های جدی در مطالعات تغییر اقلیم محسوب می شوند. چراکه هر دو عامل به شدت از این پدیده تأثیر می پذیرند. بر همین اساس، هدف از پژوهش حاضر بررسی اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی سیب در طول فصل رشد می باشد. به این منظور از آمار پایگاه ECMWF برای داده های مشاهداتی دو ایستگاه سمیرم و ارومیه طی بازه زمانی 20 ساله (2016-1996) استفاده شد. برای بررسی این کمیت در 20 سال آتی از داده های روزانه ی ریز گردانی دینامیک پروژه ی CORDEX با دقت مکانی چهل و چهار صدم برای خروجی مدل ICHEC-EC - EARTH تحت دو خط سیر 5/4 و 5/8 واداشت تابشی ( RCP ) برای بازه زمانی (2037-2017) بهره گرفته شد. به منظور کاهش خطاهای موجود در برآوردهای مدل، عمل پس پردازش روی داده های برآورد شده صورت گرفت. سپس با دادهای دمای کمینه، دمای بیشینه، رطوبت نسبی، سرعت باد و تابش، تبخیر-تعرق پتانسیل به روش پنمن مانتیث فائو که از دقت بالاتری نسبت به سایر مدل ها برخوردار است محاسبه و با استفاده از آزمون ناپارمتریک من- کندال و شیب سن در محدوده اطمینان 95% روند تبخیر-تعرق مشخص شد. در آخر نیاز آبی در طول فصل رشد سیب نیز بررسی گردید. نتایج نشان داد که روند تبخیر-تعرق در هر دو ایستگاه در طول فصل رشد رو به افزایش است. افزایش ETO فصل رشد درخت سیب ایستگاه ها نسبت به دوره پایه برای خط سیر 5/4 و 5/8 در مورد ایستگاه سمیرم 84/3 و 37/7 و برای ایستگاه ارومیه 04/5 و 16/8 پیش بینی گردید؛ و از طرفی این روند افزایشی باعث افزایش نیاز آبی درخت سیب خواهد شد. بیشترین میزان تبخیر و نیاز آبی در داده های مشاهداتی و برآورد شده برای دوره رشد میوه رخ داده است، در این مرحله کم ترین بارش مؤثر، بیش ترین میانگین دما اتفاق افتاده است؛ اما درمجموع درصد تغییرات آینده مرحله جوانه زنی بیشتر از مراحل دیگر بود.

هدف از پژوهش حاضر بررسی اثرات تغییر اقلیم بر نیاز آبی و طول فصل رشد درخت سیب است. بدین منظور، از آمار پایگاه ECMWF برای داده های مشاهداتی دو ایستگاه سمیرم و ارومیه طی بازه زمانی بیست ساله (۱۹۹۶-۲۰۱۶) استفاده شد. برای بررسی اثرات تغییر اقلیم از داده های روزانه ریزگردانی دینامیک پروژه CORDEX برای خروجی مدل ICHEC-EC-EARTH تحت دو خط سیر 5/4 و 5/8 واداشت تابشی (RCP) برای بازه زمانی (۲۰۱۷-۲۰۳۷) بهره گرفته شد. به منظور کاهش خطاهای موجود در برآوردهای مدل، عمل پس پردازش روی داده های برآوردشده انجام گرفت. سپس، تبخیر- تعرق پتانسیل به روش پنمن مانتیث فائو و مراحل رشد با استفاده از شاخص درجه- روز محاسبه شد و با استفاده از آزمون ناپارامتریک من- کندال و شیب سن در محدوده اطمینان 95درصد روندها بررسی شد. نتایج نشان داد که در هر دو ایستگاه روند تبخیر- تعرق در طول فصل رشد رو به افزایش است. بیشترین میزان تبخیر و نیاز آبی در داده های مشاهداتی و برآوردشده برای دوره رشد میوه رخ داده است. تأمین زودتر نیاز حرارتی موجب کاهش طول دوره رشد درخت سیب شده است. از طرفی، افزایش تبخیر و بالارفتن میزان درجه - روزهای رشد باعث افزایش نیاز آبی درخت سیب خواهد شد.

کمبود روزافزون منابع آب تجدیدپذیر در کشور، برآورد نیاز آبی مزارع را به یکی از اولویت های مهم مدیریت آب در کشاورزی تبدیل نموده است. نیاز آبی مزارع توسط مولفه های اقلیمی منطقه کنترل می شود و برابر است با تبخیر-تعرق مرجع که با یک ضریب ویژ ه (بسته به نوع محصول و منطقه جغرافیایی کاشت) اصلاح می گردد. در تحقیق حاضر، با استفاده از تصاویر ماهواره لندست8، ضریب محصولات عمده کشاورزی منطقه کشت و صنعت مغان از دو روش برآورد و مقایسه شده است. روش نخست بر مبنای اندازه گیری تبخیر- تعرق مزارع و روش دوم بر مبنای اندازه گیری شاخص گیاهی NDVI است. مقایسه این دو روش برای پنج محصول عمده منطقه نشان داد که مقدار خطای جذر میانگین مربعات قابل قبول (کمتر از 28/0) است. در ادامه، برای برآورد نیاز آبی محصولات، از ضریب محصول تولید شده بر مبنای تبخیر- تعرق استفاده شد. نیاز آبی محصولات با شش متد برآورد شد: ترکیب دو روش برآورد تبخیر- تعرق واقعی و سه روش برآورد تبخیر- تعرق مرجع. از میان آنها، متد متریک- پنمن مونتیث برای برآورد نیاز آبیاری بکارگرفته شد. تخمین نیاز آبیاری مستلزم کسرکردن بارش موثر از نیاز آبی است. برای برآورد بارش موثر، پس از بررسی چهار روش متداول، روش فائو برای شیب های کم ترجیح داده شد. نیاز آبیاری محصولات منطقه کشت و صنعت مغان بر از حداقل 270 میلی متر (برای جو دیم) تا حداکثر 1500 میلی متر (برای باغ زیتون) برآورد شده است. . بررسی آماری اندازه گیری ها سه ساله وجود یک همبستگی را بین میزان عملکرد محصول و میزان تبخیر- تعرق مزارع آشکار کرد. همچنین مشخص شد که عملکرد محصولات با شاخص های طیفی گیاه نیز دارای رابطه معنی دار است. هدف نخست تحقیق حاضر، برآورد ضرایب محلی محصولات کشاورزی منطقه مغان است؛ هدف دوم، بررسی رابطه مندی ضریب محصولات کشاورزی و شاخص های طیفی آنها به منظور تخمین ضریب محصولات بصورت مستقیم از این شاخص هاست.

کشور ایران از جمله مناطق خشک و نیمه خشک جهان است و با محدودیت شدید منابع آب مواجه است. تعیین تبخیر و تعرق که یکی از اجزای اصلی چرخه هیدرولوژی می باشد، در بسیاری از مطالعات از جمله توازن هیدرولوژیک آب، طراحی و مدیریت سیستم های آبیاری، شبیه سازی میزان محصول و مدیریت منابع آب از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر از روش شبکه عصبی مصنوعیANN و سه روش تجربی پنمن مانتیث فائو (PMF56) و بلانی کریدل(BC) کمبرلی پنمنK-P)) برای مدلسازی سیستم غیرخطی تبخیر و تعرق گیاه مرجع (ET0) که داده های ورودی- خروجی آن به صورت روزانه بودند، استفاده شد. سپس نتایج بدست آمده از روش های مذکور با داده های تبخیر اندازه گیری شده در منطقه آذربایجان شرقی(ایستگاه مراغه، میانه، اهر و جلفا) تحت واسنجی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که روش شبکه عصبی مصنوعی دارای دقت و سرعت بهتر در مدلسازی ET0 در مقایسه با روش های کلاسیک می باشد. از دیگر نتایج مطالعه می توان به مناسب تر بودن روش دمایی BC نسبت به دیگر مدل های تجربی اشاره کرد. همچنین این پژوهش نشان داد مدل ANN با قانون یادگیری لونبرگ مارکوارت نتایج ET0 بهتری را در شرایط اقلیمی مورد مطالعه ارائه می دهد.

روش های زیادی برای محاسبه تبخیر-تعرق وجود دارد که به داده های زیادی نیاز دارد، اما تعدادی از روش های فقط به دمای هوا نیاز دارند. یکی ازاین روش ها ترونت ویت است. منطقه سیستان در جنوب شرقی ایران یکی از مناطقی است که با توجه به بادهای 120 روز در ایران منحصربه فرد است. هدف از این تحقیق: 1) ارزیابی 6 روش مختلف ترونت ویت موجود در منابع در مقایسه با روش فائو پن من مانتیث و 2) اصلاح معادله برای منطقه بادخیز سیستان است. نتایج نشان داد معادله اصلی ترونت وایت مقدار تبخیر-تعرق را کم برآورد محاسبه می کند. در بین روش های موجود استفاده از ضریب  دارای بهترین نتایج بود. برای واسنجی معادله ترونت وایت ضریب دمای موثر معادله ( ) باید اصلاح گردد. نتایج نشان داد مقدار بهینه k بین 755/0 تا 04/1 متغیر هست. میانگین سالانه مقدار جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، با توجه به مقادیر k متغیر برابر با 14/0 میلی متر در روز به دست آمد. همچنین با استفاده از حداقل کردن مربعات خطا مقدار k را به طور ثابت 802/0 در نظر گرفتیم که مقدار RMSE برابر با 19/1 میلی متر در روز به دست آمد. می توان نتیجه گیری کرد که پس از اصلاح معادله ترونت وایت می توان آن را در منطقه سیستان استفاده کرد.