سطح برف

با استفاده از تولیدات روزانه و هشت روزه پوشش برف سنجده مادیس، می توان تغییرات سطح پوشش برف را در حوضه های کوچک و بزرگ و دور از دسترس از سال 2000 مورد مطالعه قرار داد. اما یکی از بزرگترین مشکلات در استفاده از تولیدات سطح پوشش برف از تصاویر مادیس، ابرناکی آسمان می باشد که به شدت کاربرد این تولیدات را در شرایط ابری با محدودیت مواجه می سازد. در این تحقیق با استفاده از تولیدات هشت روزه سطح برف سنجنده مادیس تغییرات پوشش برفی در حوضه کارون که در غرب ایران قرار دارد، مورد بررسی قرار گرفت. همچنین به منظور غلبه بر محدودیت کاربرد تولیدات سطح برف در شرایط ابری، استفاده همزمان از تصاویر سنجنده نوری مادیس و سنجنده مایکرویو AMSR-E جهت پایش سطح پوشیده از برف در یک دوره یکماهه پیشنهاد گردید. بدین منظور با ترکیب تصاویر روزانه مادیس و AMSR-E وسعت سطح پوشش برف با گام زمانی روزانه استخراج شد و نتایج آن با سطح پوشش برف که از هر کدام از تصاویر مادیس و AMSR-E به تنهایی استخراج شده بود در روزهای ابری و ابر آزاد مقایسه گردید. نتایج نشان می دهند که با وجود نفوذ امواج مایکرویو از پوشش ابری، به دلیل قدرت تفکیک مکانی پایین تصاویر AMSR-E، این تصاویر درصد پوشش برف را به طور میانگین 16 درصد نسبت به تصاویر مادیس بیشتر نشان می دهند. نتایج همچنین نشان می دهند که با استفاده از رابطه بین درصد پوشش سطح برف در تصاویر AMSR-E و تصاویر مادیس در روزهای ابرآزاد، اختلاف میانگین سطح پوشش برف از 16 درصد به 5 درصد کاهش می یابد. همچنین نتایج صحت سنجی با استفاده از اطلاعات مربوط به دبی روزانه نشان می دهد که همبستگی داده های پوشش برف حاصل از تصویر ترکیبی در مقابل دبی با ضریب همبستگی 66/0 از دقت بالاتری نسبت به تصاویر مادیس با ضریب همبستگی 55/0 برخوردار هستند.

ارزش و اهمیت ریزش های جوی و به خصوص حالت غیرمایع آن مانند برف؛ در بحث تأمین آب مورد نیاز مجتمعات انسانی غیرقابل انکار است. در کشور ما که منطقه ای نیمه خشک محسوب می شود، ویژگی های برف و ذوب تأخیردار آن اهمیت بالایی در تأمین آب در فصول کم آب سال دارد. از این رو مطالعه کمیت این پدیده همواره مورد توجه بوده است. دادهای سنجش از دوری به دلیل داشتن پوشش تکراری در زمینه پایش سطوح برفی به خوبی می توانند مورد استفاده قرار گیرند. روش های آشکارسازی مختلفی قابلیت استفاده در این زمینه را دارا هستند. شاخص های طیفی که به نوعی مبتنی بر استخراج بازتاب طیف های جذب و انعکاس برف هستند، به صورت خودکار قابلیت سطوح برفی را دارا هستند. در این مطالعه که به منظور ارزیابی چهار شاخص مهم در برف سنجی و معرفی یک شاخص طیفی جدید انجام شده است، از داده های ماهواره ای لندست8 و سنتینل2 بهره گرفته شده است. شاخص های طیفی برف مورد استفاده عبارت هستند از NDSI-S3-NDSII-SWI و شاخص پیشنهادی PCSWIRI که مبتنی بر تحلیل مؤلفه های اصلی (PCA) است، بر روی تصاویر مورد استفاده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی شاخص ها با استفاده از معیارهای ضریب کاپا و صحت کلی؛ نشان دهنده دقت بالاتر شاخص پیشنهادی (ضریب کاپای 1 برای تصویر لندست 8 منطقه اصلی، و 0.96 برای تصویر منطقه ارزیابی 1) در تفکیک شباهت های طیفی برف و سایر پدیده ها در منطقه مورد مطالعه است. از این رو شاخص جدید می تواند جایگزین شاخص های برف؛ در مناطقی که اختلاط طیفی پدیده ای مانند نمک، باعث خطا در استخراج سطوح برفی می شود؛ باشد. همچنین برای محاسبه خودکار شاخص ها و شاخص پیشنهادی؛ برنامه کاربردی در محیط نرم افزار MatLAB توسعه داده شده و به صورت رابط گرافیکی تهیه گردید.

مقدمه: ارزیابی اثر تغییر اقلیم بر تغییر پوشش و ذوب برف در مدیریت منابع آب رودخانه هایی که با ذوب برف تغذیه می شوند، بسیار با اهمیت است. چنین تغییراتی تأثیر مستقیم بر رژیم هیدرولوژیکی و مدیریت منابع آب دارد. پیش بینی سطح پوشش برف ناشی از تغییرات دما در آینده و در نتیجه الگوی جریان روان آب ناشی از ذوب برف، در عرصه های گوناگونی از جمله مدیریت خطر سیل، خشکسالی و... کاربرد دارد. از طرفی مزیت های استفاده از فنّاوری های نوین و سنجش از دور در مطالعات اقلیمی و ارزیابی های اثر تغییر اقلیم بر سطح پوشش برف تا حد زیادی مغفول مانده است. هدف از این پژوهش، بررسی تغییرات سطح پوشش برف در سال های آتی با تلفیق علم سنجش از دور، فنّاوری های نوین و مدل های اقلیمی به منظور مدیریت ریسک سیل می باشد. روش: در این مطالعه، تصاویر 8 روزه ماهواره MODIS مربوط به سال های 2006 تا 2012 با توجه به دقت مناسب و کاهش خطای پوشش ابر در آنها، استخراج شد، پس از دریافت و ذخیره تصاویر ماهواره ای پوشش برف، برای مشاهده و کاربرد تصاویر از نرم افزار ERDAS استفاده شد. سپس محدوده مورد مطالعه برش داده شد و درنهایت با استفاده از تعداد پیکسل برفی و سایز پیکسل ها، سطح پوشش برف محاسبه و در نرم افزار ArcGIS خروجی مورد نظر استخراج و مساحت سطح برفی با فواصل زمانی 8 روز در طی سال های 2010 تا 2015 کنترل شد. در مرحله بعد با استفاده از آخرین مدل های اقلیمی CMIP5 تحت چهار سناریوی RCP2.6، RCP4.5، RCP6.0 و RCP8.5 تغییرات دما و بارش در فواصل زمانی 2020 تا2060 استخراج و با استفاده از ارتباط بین پوشش برف، دما و بارش، سطح پوشش برف برای سال های 2020 تا 2060 با فاصله زمانی ده ساله تخمین زده شد. یافته ها: تراکم پوشش برف در منطقه مورد مطالعه، مطابق داده های مشاهداتی و تصاویر ماهواره ای، از ماه نوامبر شروع و در ژانویه به بیشترین مساحت خود می رسید. همچنین از ماه فوریه به بعد گستره پوشش برف کاهش یافته و در نهایت در ماه ژوئن پوشش برف منطقه، کمترین مساحت را داشت. بررسی تغییرات دما و بارش آینده با استفاده از سناریوهای اقلیمی نشان داد که میانگین دمای حوضه بالادست سد امیرکبیر به نسبت دوره پایه (1985 تا 2015) افزایش و بارش سالانه نست به دوره پایه مذکور، روند کاهشی خواهد داشت. درنتیجه با استفاده از ارتباط بین پوشش برف، دما و بارش، سطح پوشش برف آینده با روند کاهشی مواجه شد. نتیجه گیری: مطالعه و اندازه گیری سطح 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 میدانی، برای تخمین منابع برفابی و تشکیل پایگاه داده ها وجود ندارد. به همین دلیل استفاده از تصاویر ماهواره ای در شناسایی مناطق برف گیر و ارزیابی تغییرات آن بسیار مهم است. همچنین با توجه به روند افزایش دما و کاهش بارش، سطح برف در منطقه نیز کاهش یافته و درنتیجه میزان آب ذخیره شده در برف که در فصول گرم منبع تأمین آب منطقه است با نقصان مواجه می گردد. بنابراین برآورد سطح پوشش برف در آینده می تواند گام اساسی در زمینه مدیریت منابع آب و مدیریت ریسک مخاطرات مرتبط با آب از جمله سیل و خشکسالی به شمار آید.