سطح پوشش برف

بخش عظیمی از بارش ها در مناطق کوهستانی حوضه های آبریز استان گلستان به صورت برف است. در نتیجه، آب حاصل از ذوب برف نقش مهمی در ایجاد رواناب سطحی، تغذیه آبهای زیر زمینی و ایجاد سیل به عهده دارد. پوشش برف معرف میزان آب ذخیره شده در حوضه های کوهستانی است و پایش زمانی و مکانی سطح پوشیده شده از برف و عمق آب معادل برف از اهمیت بسیار بالایی در مدل های هیدرولوژیک دارد.در این مطالعه به منظور پایش سطح پوشش برف و دمای سطح برف حوضه های آبریز استان گلستان از داده های سنجنده MODIS طی دوره آماری 9 ساله (8-2000) استفاده شد.به منظور تعیین پتانسیل ریزش و ذوب برف از الگوریتم دمای سطح برف با استفاده از باندهای حررارتی 31 و 32،MODIS و برای تشخیص سطوح پوشیده شده برف، شاخص NDSI بکار گرفته شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد با توجه به دقت زمانی و مکانی تصاویر ماهواره ای MODIS و قابل دسترس بودن این تصاویر از طریق اینترنت، برای پایش سطح پوشش برف بسیار مناسب هستند، بنابراین، با اجرای الگوریتم های بکار رفته، می توان سطوح پوشش برف را به صورت بهنگام پایش کرد و نتایج آن را در مدیریت منابع آب، کشاورزی، گردشگری، مدیریت مخازن و سامانه های هشدار سیل به کار گرفت.

آبِ حاصل از ذوب برف نقش عمده ای در تأمین آب مورد نیاز برای فعالیت های کشاورزی، منابع طبیعی، صنعتی، و نیازهای انسانی، به ویژه در مناطق کوهستانی، دارد. در مقایسه با روش های سنتی، کاربرد داده های سنجش از دور برای برآورد سطح پوشش برف قابلیت های بیشتری دارد. در این مطالعه، با استفاده از تصاویر ماهواره ای MODIS و با به کارگیری دو الگوریتم NDSI و LSU، سطح پوشش برف حوضة سقز در استان کردستان محاسبه شده است. برای مقایسة دقت این روش ها، از تصاویر IRS، که دارای قدرت تفکیک مکانی بالایی هستند (24 متر)، استفاده شد. بدین منظور، سطح برف در تصاویر هم زمان MODIS و IRS برآورد شد. سپس، در مناطق مختلف و یکسان در دو تصویر، پیکسل های انتخاب شده، سطح برف، و رابطة خطی رگرسیونی بین نتایج حاصل از IRS و دو روش به کاررفته برای تصاویر  MODISجداگانه محاسبه شد. برای بررسی معنی داربودن رابطه از آزمون آماری t (احتمال 95 درصد) و رابطة رگرسیونی استفاده شد. بر اساس نتایج به دست آمده از رگرسیون، روش LSU همبستگی بیشتری (98 درصد) دارد و در آزمون t نیز اختلاف معنی داری بین تصاویر IRS و روش LSU وجود ندارد. بنابراین، روش LSU، در مقایسه با روش NDSI، از دقت بیشتری در برآورد سطح برف برخوردار است.

تنش های آبی ناشی از تغییرات اقلیمی ،افزایش دما و کاهش سطح پوشش برف از چالش های امروزه جهان است. با توجه به اینکه آبدهی رودخانه کارون به شدت تحت تأثیر ذخایر برف در بخش های شمالی آن است، پیامدهای هیدرولوژیک افزایش دمای کمینه در چهار ایستگاه بروجن، لردگان، یاسوج، و کوهرنگ با کمک داده های هیدرومتری ( 2014-1978) و تصاویر ماهواره ای 2014-2000 بررسی شد. نخست با آزمون من- کندال روند داده ها تعیین شد و سپس دمای کمینه دوره 2040-2011 منطقه در  مدل CMPI5 با سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 برآورد شد. نتایج نشان داد  دمای کمینه در ماه های سرد دارای روند افزایشی و تعداد روزهایی با دمای صفر و کمتر، سطح پوشش برف و میزان آبدهی حوضه دارای روند کاهشی است. یافته های مدل CMPI5 نیز نشان داد دمای کمینه در ایستگاه های مطالعاتی بین 8/0 تا 4/4 درجه سلسیوس به ویژه در فصل سرد افزایش می یابد که در تداوم روند فعلی است. همچنین، مشخص شد در آینده، با توجه به روند دمای کمینه، سطح پوشش برف و آبدهی رودخانه در فصل بهار بین 35 تا 60درصد کاهش و فقط بین 7 تا 15درصد در ماه های نوامبر و دسامبر افزایش خواهد داشت.

هدف از این مقاله تعیین سهم پوشش برف حوزه های کرج و لتیان با استفاده از تصاویر MODIS، به روش سالومونسون و همکاران و شناسایی منابع خطای این روش است. اهمیت سطح پوشش برف به دلیل تأثیرگذاری بر بیلان تابش، بیلان آب و مدل سازی انجام تحقیقات گوناگون را ضروری ساخته است. در این تحقیق برای بررسی سطح برف از داده های MODIS و برای ارزیابی دقت، از تصاویر LISIII-IRS استفاده شده است. تا کنون روش های متفاوتی برای استخراج سهم برف پیکسل ها به کار گرفته شده که در تحقیق حاضر از روش سالومونسون و همکاران به دلیل دقت مناسب و نیاز نداشتن به اطلاعات اولیه از منطقه استفاده شده و عوامل ایجاد خطا در آن شناسایی شده است. افزون بر این، ضرایب معادلة سالومونسون و همکاران با استفاده از داده های منطقه ای ایران بهینه سازی شده و دقت حاصل از مدل با ضرایب بهینه، در منطقه ای جدید ارزیابی شده است. نتایج ارزیابی دقت نشان داده اند که روش سالومونسون و همکاران می تواند سهم برف پیکسل های MODIS را با خطای RMS 20/0 پیکسل برآورد کند. ضرایب کاپا و دقت کلی این روش به ترتیب 84/0، 12/92 است، که دقت مناسب آن را نشان می دهد. نتایج تحقیق نشان می دهند که به دلیل خطای بالاتر روش سالومونسون و همکاران، باید در نواحی حاشیة رودهای ایران که عموماً دارای پوشش درختی کم تراکم و باغ های پراکنده اند، از این روش صرف نظر شود. لازم است برای حذف مناطق آبی از ماسک های مناسب استفاده شود. بهینه سازی ضرایب مدل توانسته است دقت برآورد مدل را بهبود بخشد، به طوری که مقدار خطای RMS مدل با ضرایب اصلاح شده در منطقه ای جدید 258/0 پیکسل به دست آمده، درحالی که معادلة سالومونسون و همکاران در همین منطقه خطای RMS عدد 266/0 پیکسل را نشان داده است. کلید واژه ها : روش سالومونسون و همکاران، زیرپیکسل، سطح پوشش برف، شاخص تفاضلی نرمال شدة برف.

مطالعه و اندازه گیری تغییرات سطوح برف به عنوان یکی از منابع مهم تأمین آب، بسیار حائز اهمیت است. با توجه به شرایط سخت فیزیکی محیط های کوهستانی، امکان اندازه گیری دائم زمینی جهت تخمین منابع برفابی و تشکیل پایگاه داده ها وجود ندارد. استفاده از تصاویر ماهواره ای و سنجش ازدور با توجه به هزینه کم، به روز بودن و پوشش وسیع در این زمینه راهگشا بوده و می تواند در شناسایی مناطق برف گیر و ارزیابی تغییرات آن روش مناسبی جهت نیل به این هدف باشد. هدف اصلی این پژوهش تخمین سطح پوشش برف کوهستان سهند با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنجنده های OLI و TIRS و به وسیله روش طبقه بندی شیءگرا می باشد. طبقه بندی تصاویر رقومی ماهواره ای یکی از مهمترین روش ها برای استخراج اطلاعات کاربردی محسوب می شود که در حال حاضر با دو روش کلی پردازش پیکسل پایه و شیءپایه انجام می گیرد.  روش پیکسل پایه که مبتنی بر طبقه بندی ارزش های عددی تصاویر است، و روش جدید شیءگرا که علاوه بر ارزش های عددی، اطلاعات مربوط به محتوا، بافت و زمینه را نیز در فرآیند طبقه بندی تصاویر به کار می گیرد. لذا در تحقیق حاضر بنا به دقت بالای طبقه بندی شیءگرا نسبت به طبقه بندی پیکسل پایه از تکنیک های شیءپایه برای طبقه بندی و تخمین سطح پوشش برفی استفاده شد. در تصاویر ماهواره ای سنجنده MODIS   به علت قدرت تفکیک مکانی پایین، آن دسته از پوشش های برفی که در داخل دره های کوهستانی هستند قابل استخراج نمی باشند. همچنین تفکیک پوشش برف از پوشش ابر در این نوع از تصاویر با دقت بسیار پایینی انجام می شود. در این پژوهش به دلیل استفاده از تصاویر ماهواره ای Landsat 8 و روش نوین طبقه بندی تصاویر، علاوه بر استخراج سطح برف در دامنه های مختلف منطقه مورد مطالعه، پوشش برف داخل دره ها نیز به وسیله الگوریتم های NDSI, NDVI, LST, Brightness با دقت بسیار مناسبی به میزان 89/1882 کیلومترمربع برای محدوده کوهستانی سهند استخراج گردید که از نتایج آن می توان به عنوان جایگزین ایستگاه های برف سنجی استفاده کرد.

در این تحقیق به منظور پایش سطح پوشش برف از تصاویر ماهواره ای اپتیکال سنجنده MODIS استفاده شد و برای تشخیص سطوح پوشیده شده از برف شاخص NDSI بکار گرفته شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد با توجه به شرایط اقلیمی منطقه بیشترین مساحت تحت پوشش برف در ماههای دسامبر، ژانویه ، فوریه تا مارس (10 آذر ماه الی 10 فرودین ماه ) در سطح منطقه مشاهده می شود و حداکثر سطح پوشیده شده از برف در ژانویه رخ داده است. بررسی روند تغییرات سطح پوشش برف در استان آذربایجان غربی در ماه ژانویه به شدت کاهش یافته و دارای روند منفی است و وضعیت مشابهی برای استانهای آذربایجان شرقی و اردبیل در این ماه رقم خورده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که تغییرات پوشش برف دلالت بر افزایش دما در منطقه و در نتیجه کاهش تغییرات سطح پوشش برف در ماه ژانویه دارد. این روند بیانگر اثر گرمایش جهانی و اثر تغییر اقلیم بر سطح پوشش برف منطقه مورد مطالعه است. بطوریکه بررسی نمایه های حدی منطقه نیز این فرض را تقویت می کند بدون شک با افزایش دما الگوی بارش منطقه دستخوش تغییر شده و رژیم بارش زمستانه از برف به باران تبدیل شده است. این موضوع باعث کاهش ذخیره برفی در حوضه آبریز منطقه مورد مطالعه شده است. همچنین بررسی نمایه های حدی دما در دوره 2040- 2011 و دوره پایه با رویکرد تغییر اقلیم در منطقه شمالغرب کشور با بهره گیری از خروجیهای مدل گردش عمومی جو تحت سناریوی A2 و مدل ریز مقیاس نمایی LARS-WG نشان داده است نمایه هایی نظیر تعداد روزهای یخبندان و یا تعداد روزهای یخی نسبت به دوره پایه روندی کاهشی داشته که با توجه به گزارشات هیئت بین دول تغییر اقلیم و همچنین مطالعات متعددی که روند گرمایش جهانی را مورد تائید قرار داده اند دور از انتظاز نبوده است همچنین نمایه هایی نظیر طول دوره رویش نسبت به دوره پایه افزایش و دامنه تغییرات شبانه روزی دما نسبت به دوره پایه کاهش داشته اند. که می توانند کاهش سطح پوشیده شده ار برف در منطقه و تحدید ذخایر برفی منطقه را مورد تائید قرار دهند.

استان چهار محال و بختیاری یکی از مناطق برفگیر کشور بوده و نزولات برفی آن نقش بسیار زیادی در وضعیت منابع آبی تأمین کننده ی آب منطقه مرکزی و جنوبی کشور دارد. در این پژوهش سعی شده است تا تغییرات سطوح پوشش برف در ارتفاعات زردکوه بررسی گردد. بدین منظور از تصاویر ماهواره ای لندست TM و ETM+ در ماه های آوریل و سپتامبر در سال های 1991،2003 و 2011 استفاده گردید. نتایج نشان می دهد که سطوح پوشش برف در ارتفاعات زردکوه بختیاری طی دوره ی آماری (2011 نسبت به 1991) روندی کاهشی داشته است. برای بررسی روند تغییرات سال 1991 را سال مبنا قرار داده، که مقدار سطوح پوشش برف در ماه آوریل 1991 میلادی، 07/1758 کیلو متر مربع بوده، این مقدار پوشش در ماه آوریل در سال 2003 میلادی، به 43/1128 کیلومتر مربع رسیده، مساحت سطوح برف در آوریل 2011 میلادی 83/979 کیلومتر مربع بوده که نسبت به سال 1991 میلادی 24/778 کیلو متر مربع کاهش پیدا کرده است. مقدار سطوح پوشش برف در ماه سپتامبر 1991میلادی برابر با 86/802 کیلومترمربع بوده، مقدار این سطوح در ماه سپتامبر 2003 به 83/615 کیلومترمربع رسیده که از ماه سپتامبر سال 1191 تا سپتامبر 2003 میلادی 06/187 کیلومترمربع کاهش پیدا کرده، مساحت پوشش برف در ماه سپتامبر 2011 میلادی برابر با 83/601 کیلومتر مربع بوده که نسبت به ماه سپتامبر 2011 میلادی به 03/201 کیلومتر مربع کاهش پیدا کرده است.

سطوح دارای پوشش برف (SC) بر تعادل انرژی سطح زمین از طریق بازخورد آلبیدو تأثیر می گذارد، و همچنین تاثیر عمده ای بر فرآیندهای اقلیمی، فعالیت های انسانی و چرخه هیدرولوژی، دارد. دمای سطح زمین (LST) از عناصر اصلی در شناخت اقلیم یک منطقه است که تغییرات و نوسانات آن ها در طبقات ارتفاعی مختلف برای بررسی های هیدرولوژیکی بسیار کاربردی است. هدف از این مطالعه ارزیابی و بررسی ارتباط دمای سطح زمین و سطح پوشش برف با مولفه توپوگرافیکی ارتفاع در حوضه دریاچه ارومیه می باشد. در این پژوهش به علت سهولت دسترسی به داده های سنجش ازدور و تفکیک مناسب زمانی و مکانی تصاویر ماهواره ای ترا، از تصاویر سنجنده مودیس به صورت ماهانه، فصلی و سالانه در بازه زمانی 1379-1399 استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد بین LST و SC رابطه معکوس وجود دارد، همچنین بررسی نقشه های SC و طبقات ارتفاعی نشان می دهد رابطه مستقیمی بین این دو متغیر وجود دارد، در واقع با افزایش ارتفاع پایداری برف در منطقه افزایش می یابد به طوری که در ارتفاعات بیشتر از 3000 متر مقدار سطح پوشش برف بیش از 98% نسبت به منطقه است. تغییرات دمای سطح زمین در ارتفاعات مختلف معکوس تغییرات سطح پوشش برف است بنابراین در ارتفاعات کمتر از 2000 متر میانگین سالانه دما 21تا 35 درجه سانتی گراد است، اما در ارتفاعات بالاتر از 3500 متر میانگین دمای سالانه حدود 7 الی 13 درجه می باشد.