پوشش برف

بخش عظیمی از بارش ها در حوضه های جنوب غربی ایران به شکل برف است و آب حاصل از ذوب برف، نقش مهمی در ایجاد رواناب سطحی، تغذیه آب های زیر زمینی و ایجاد سیل را ایفا می کند. پوشش برف معرف میزان آب ذخیره شده در حوضه های کوهستانی است. بنابراین، پایش مکانی و زمانی سطح پوشش برف و آب معادل آن اهمیت بسیار بالایی در مدل های هیدرولوژی دارد. از طرفی، نوسانات سطح پوشش برف با سیگنال های بزرگ مقیاس اقلیمی در ارتباط است. در این مطالعه تغییرات سطح پوشش برف حوضه های جنوب غربی ایران در ارتباط با سیگنال های بزرگ مقیاس اقلیمی مورد بررسی قرار گرفت. در بررسی حاضر از داده های ماهانه شاخص نوسان جنوبی (SOI)، نوسان اطلس شمالی (NAO) و پدیده ENSO در مناطق NINO3.4، NINO3، NINO4 و NINO1+2 استفاده شد. همه داده های مربوط به سیگنال های فوق، از مرکز داده های آنالیز شده NCEP طی سال های 1986 تا 2007 دریافت گردید. به منظور برآورد سطح پوشش برف در منطقه مورد مطالعه، از داده های ماهواره NOAA سنجنده AVHRR برای روز های منتخب دوره سرد سال 1986 تا 2007 استفاده شد. برای تفکیک برف و ابر از روش آستانه گذاری در انعکاس باندهای 1 و 3 و محاسبه تابندگی و دمای درخشندگی باندهای حرارتی استفاده شد.در نهایت، با به کارگیری از روش شبکه عصبی مصنوعی، پیش آگاهی پوشش برف حوضه های جنوب غربی ایران برای بازه های زمانی همزمان، سه ماه و شش ماه محاسبه شد. نتایج تحقیق نشان داد که سیگنال های NAO ، SOI و تغییرات ناهنجاری SST در ناحیه NINO4 و NINO1+2 به عنوان مؤثرترین سیگنال بر تغییرات پوشش برفی حوضه های مورد مطالعه هستند و برای پیش آگاهی از وضعیت سطوح تحت پوشش برف سیگنال های فوق کاربرد دارند.

با توجه به کمبود اطلاعات اقلیمی در مورد مقادیر بارش برف در ارتفاعات، استفاده از تصاویر ماهواره ای می تواند در بررسی توزیع پوشش برف و راواناب حاصل از آن در حوضه های آبی کمک کند. لذا هدف از این پژوهش بررسی چگونگی ارتباط رواناب سطحی در خروجی حوضه آبی دهگلان در ارتباط با تغییرات پوشش برف در ارتفاعات حوضه است. رواناب ناشی از ذوب برف در حوضه آبی دهگلان با استفاده از مدل رواناب-ذوب برف بررسی شده است. بدین منظور ابتدا خصوصیات فیزیکی حوضه شامل محیط ْْْ ، مساحت و طبقات ارتفاعی با استفاده از اطلاعات رقومی موجود محاسبه شد، اطلاعات اقلیمی و هیدرومتری نیز از سازمان های ذیربط گردآوری شدند. نسبت پوشش برفی حوضه با استفاده از تولیدات 8 روزه سطح پوشش برف در مقیاس جهانی از داده های پوشش برف مودیس موجود در سایت سازمان ناسا که توسط الگوریتم SNOWMAP تولیدشده است. در ادامه اطلاعات مورد نیاز وارد مدل شده و عمل شبیه سازی متناسب با خصوصیات حوضه مورد مطالعه صورت گرفت. پارامترهای ارزیابی که توسط مدل جهت ارزیابی دقت جریان شبیه سازی شده مورد استفاده قرار می گیرد ضریب تبیین و تفاضل حجمی می باشد. فرآیند شبیه سازی جریان حاصل از ذوب برف با محاسبه عوامل و فراسنج های لازم در دوره دسامبر 2004 تا آوریل 2005 (آذر ماه 1383تا فروردین ماه 1384) صورت گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مدل رواناب- ذوب برف قادر به شبیه سازی رواناب با ضریب تبیین 52 درصد و تفاضل حجمی 2/23 است. ضریب تبیین و تفاضل حجمی به دست آمده دقت متوسط مدل را در شبیه سازی رواناب ناشی از ذوب برف در حوضه نشان می دهد که می تواند ناشی از خصوصیات فیزیکی حوضه باشد. در کل نتایج این پژوهش نشان می دهد که با توجه با این که مدل SRM برای حوضه های کوهستانی طراحی شده است در منطقه مورد مطالعه که تلفیقی از دشت و کوهستان است به دلیل تأثیر عوامل دیگری مانند نفوذ به آب های زیرزمینی کارآیی پایین تری را نشان می دهد.

برف، یک منبع عمده جریان آب در هر منطقه است. از این رو، آگاهی از توزیع زمانی و مکانی برف برای مدیریت مناسب منابع آب محدود در منطقه ضروری 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. به همین جهت استفاده از داده های سنجش از دور به منظور پایش تغییرات سطح برف بسیار موثر است. هدف مطالعه حاضر نیز بررسی تغییرات زمانی- مکانی پوشش برف استان کردستان با استفاده از محصولات سنجنده ی MODIS (MOD10A1، MOD10A2) در بازه ی زمانی 17 ساله (1396-1379) است. همچنین به منظور ارزیابی دقت تصاویر و تحلیل رابطه بین تغییرات برف با داده های بارش و دما از داده های ایستگاه سینوپتیک منطقه مورد مطالعه استفاده شد. نتایج ارزیابی تصاویر با داده های ایستگاه هواشناسی نشان می هد که این تصاویر از دقت مناسبی در استخراج سطوح برفی برخوردار است. همچنین نتایج بررسی تغیرات پوشش برف استان کردستان حاکی از آن است که بیشترین مساحت پوشیده از برف در سال های 1379، 1380، 1383، 1385، 1386، 1387، 1389، 1390، 1391، 1392 و 1394 و کمترین آن در سال های 1384، 1388، 1395 و 1396 اتفاق افتاده است. بیشترین مساحت پوشیده از برف در دی ماه 1386 با 2/28914 کیلومتر مربع بوده است. بررسی تغییرات ریزش برف در سطح استان نشان می دهد بیشترین ریزش برف در سطح استان از آبان تا اسفند در شهرستان دیواندره (آبان 1383، 57/59 درصد)، شهرستان بیجار (بهمن 1379، 93/25 درصد) و شهرستان قروه (دی ماه 1396، 38/25 درصد) اتفاق افتاده است. همچنین تحلیل ارتباط بین ذوب برف با داده های اقلیمی نشان می دهد که در ماه های فروردین و اردیبهشت افزایش بارندگی و در خرداد ماه با کاهش باندگی، روند افزایشی دما موجب آب شدن سطوح برفی در سطح استان شده است.

امروزه در پی بحران جهانی آب، تمام کشورها در پی شناسایی منابع آب شیرین، کنترل و استفاده بهینه از آنها می باشند. با توجه به اینکه کشور ایران در کمربند بیابانی کره زمین قرار دارد و کاهش بارش های جوّی باعث کمبود آب در ایران و استان کرمان شده، بنابراین شناسایی منابع آبی و بررسی تغییرات پوشش برف لازم و ضروری 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. به همین جهت استفاده از تصاویر ماهواره ای در شناسایی مناطق برفگیر و ارزیابی تغییرات آن بسیار مهم می باشد. در این پژوهش سعی شده تغییرات پوشش ذخیره گاه های برفی مناطق مرتفع حوضه آبخیز هلیل رود با استفاده از تصاویر ماهواره ای MOD10A2 مورد مطالعه قرار گیرد. برای این منظور از شاخص تفاضلی نرمال شده پوشش برف استفاده شد[1]. این شاخص دارای ارزش بزرگ تر از 4/0 بوده یعنی پیکسلی که دارای NDSI بزرگ تر از 4/0 باشد به عنوان برف و یخ معرفی می شود. پوشش برف مشخص شده تصاویر ماهواره ای در نرم افزار ENVI5.1 وارد محیط GIS شده و به 5 طبقه از 0 تا 5000 طبقه بندی شده و مساحت هر کدام از طبقات محاسبه گردید. سپس وارد محیط SPSS شده و تحلیل و بررسی روی آنها صورت گرفت. با انجام رگرسیون چند متغیره به روش استپ وایس[2] این نتیجه حاصل شد که در بازه زمانی 8 روزه ماه فوریه (از  18 تا 25 فوریه) بیشترین تغییرات مساحت برف که با روند مساحت برف در این چند سال ارتباط قوی و معناداری داشته و در حقیقت توجیه کننده تغییرات برف در این بازه زمانی است، به ترتیب مربوط به ارتفاعات 3 (3000-2001) و سپس 4 (4000-3001) بوده است. طبقه ارتفاعی 3000-2001 به تنهایی توجیه کننده 98.9 درصد روند تغییرات برف در کل منطقه مورد مطالعه است. در وهله دوم اگر ارتفاع 4000-3001 هم اضافه شود، این دو طبقه ارتفاعی با هم توجیه کننده 99.2 درصد تغییرات روند برف در این بازه در طول 19 سال گذشته است.

مطالعه پوشش برف، در جایگاه یکی از منابع مهم تأمین آب شیرین، اهمیت بسیاری دارد. با توجه به کوهستانی بودن ایران، امکان اندازه گیری زمینی مساحت زیر پوشش برف وجود ندارد. بر این اساس، استفاده از تصاویر ماهواره ای برای شناسایی ذخیره گاه های برف بسیار مهم است. در این پژوهش، تغییرات زمانی مکانی پوشش برف ایران طی دوره سرد سال، با استفاده از داده های پوشش برف سنجنده مادیس ماهواره ترا، طی دوره آماری 2018-2003 بررسی شد. روند تغییرات پوشش برف و شیب این روند، با استفاده از آزمون های ناپارامتریک من کندال و سنس و نقطه تغییر پوشش برف با استفاده از آزمون بوشند مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد بیشترین مقدار پوشش برف متعلق به ماه ژانویه، با 15/16% و کمترین مقدار پوشش برف مختص به ماه اکتبر، با کمتر از 1% است. کانون اصلی پوشش برف ایران، در دوره سرد سال، در مناطق مرتفع بیش از 4000 متر به دست آمده است. روند تغییرات پوشش برف، در تمامی ماه های مورد مطالعه، منفی و بیشینه شدت کاهشی پوشش برف نیز متعلق به ژانویه بوده است. نقطه تغییر نیز در همین ماه و سال 2008 محاسبه شد که از نظر آماری در سطح 0.05 معنی دار است. روند کاهشی درخور توجه پوشش برف ایران، در دوره سرد، تهدید بزرگی برای منابع آبی ایران به شمار می رود.

در پژوهش حاضر جهت بررسی تغییرات سطح پوشش برف در ارتباط با خشکسالی از داده های ماهواره ای به منظور تعیین سطح پوشش برف و داده های ایستگاه هواشناسی به منظور برآورد خشکسالی استفاده شده است. در این راستا داده های ماهواره ای سال های 1385 تا 1395 از سایت ناسا تهیه گردید و پس از اعمال تصحیحات هندسی و اتمسفری بر اساس شاخص نرمال شده برف1 و استفاده از باندهای 4 و 6 جهت تعیین سطح پوشش برف مورد استفاده قرار گرفته است و با استفاده از شاخص بارش استاندارد شده،2 نرخ خشکسالی برآورد گردیده است. مطالعات سطح پوشش برف نشان داده که از میزان سطح پوشش برف کاسته شده و این مساله متناسب با نرخ خشکسالی است و بطور غالب روند سطح پوشش برف و شاخص استاندارد شده بارش روند نزولی دارد. اما در سال هایی دیده شده که با وجود ترسالی و افزایش شاخص SPI از میزان سطح پوشش برف کاسته شده و یا برعکس. دلیل این امر را می توان در نوع بارش در طی این سالها جستجو نمود و احتمال داد که بیشتر بارش ها در سالهای ترسالی که سطح پوشش برف کم بوده، از نوع باران بوده و در سالهایی که خشکسالی بوده و پوشش برف افزایش داشته، نوع بارش بیشتر برف بوده است.

بخش عظیمی از بارش حوضه های شمال غرب ایران به صورت برف می باشد و در نتیجه آب حاصل از ذوب برف نقش مهمی را در ایجاد روانابهای سطحی و تغذیه آبهای زیرزمینی دارد. پوشش برف معرف میزان آب ذخیره شده در حوضه های کوهستانی می باشد، بنابراین پایش مکانی و زمانی سطح پوشیده شده از برف، اهمیت بسیار زیادی دارد. هدف این تحقیق، مطالعه تغییرات احتمالی سطح پوشش برف درشمالغرب ایران می باشد، در تحقیق حاضر سطح پوشش برف منطقه مورد مطالعه، با استفاده از تصاویر ماهواره NOAA سنجندهAVHRR استخراج شد. تصاویر سنجنده AVHRRدر محیط نرم افزار ERDAS به صورت مرحله ای پردازش و لایه های ابر، برف و زمین از هم جدا شد. سپس پیکسل های لایه برف استخراج و سریهای نقشه پوشش برف دوره سرد سال ( نوامبر- مارس) برای دوره آماری 2008-1988 با فواصل زمانی پانزده روزه بدست آمد. به منظور بررسی روند تغییرات سطح پوشش برف آزمون ناپارامتریک من- کندال بر روی سریهای بدست آمده (100 نقشه سطح پوشش برف) انجام شد، ونتایج تحت عنوان u(t) وu'(t) آماره من- کندال ارائه گردید. نتایج مطالعه حاضر، روند معنی داری را برای سطح پوشش برف در منطقه را تائید نمی کند، از نتایج این تحقیق می توان به عنوان سناریو برای مدیریت منابع آب در منطقه استفاده کرد.