دمای درخشندگی

سودمندی و اعتبار داده های ماهواره ای به طور قوی به شرایط جوی وابسته است. گرد و غبارهای جوی، گازها و بویژه حضور ابرها می تواند به طور قابل توجهی بر انرژی بازتابیده از سطح اثر گذاشته و قرائت سنجنده های اپتیکی را با خطا مواجه سازند. پیکسل های آلوده به ابر اغلب بازتابندگی پوشش های زمینی را افزایش داده و دمای آن ها را پایین تر از مقدار واقعی خود نشان می دهند. ابرهای کوچک تر از ابعاد پیکسل که قابل مشاهده نیستند، باعث افزایش بازتابندگی پیکسل شده و ایجاد خطا می کنند. با توجه به این که ابرهای مختلف برهم کنش های مختلفی با طیف های مختلف دارند، می توان با ترکیب و آنالیز باندهای مختلف طیفی MODIS میزان ابرناکی بودن پیکسل را تعیین کرد. با استفاده از این روش می توان پیکسل های آلوده به ابر را سریع تر و با روشی ساده تر تعیین کرد. الگوریتم MODIS Cloud Mask به وسیله آکرمن و همکاران در سال 2006 ارائه شد. در این تحقیق انخست اقدام به شناسایی پیکسل های ابری در تصویر MODIS به کمک مدل پنج مرحله ای موجود در MODIS Cloud Mask شد و در ادامه برای ارتقای مدل و تعیین درصد ابر موجود در یک پیکسل برای ابرهای کوچک تر از ابعاد پیکسل با استفاده از دمای درخشندگی باند 14 سنجنده ASTER (BT14) در داخل پیکسل دمای درخشندگی باند 31 سنجنده MODIS (BT31) جستجو و درصد پوشش ابری هر پیکسل به دست آمد. ارزیابی مدل حکایت از همبستگی بالای بیش از 93/0 بین میزان واقعی کسر پوشش ابر موجود در تصویر ASTER و میزان اندازه گیری شده را به وسیله مدل دارد که باتوجه به قدرت تفکیک مکانی پایین سنجنده MODIS، بسیار امیدوار کننده است.

ابرها با توجه به تأثیر قابل توجه آنها بر موازنه ی انرژی در سطح زمین و در جو، همواره مورد توجه پژوهشگران مختلف هواشناسی و اقلیم­شناسی قرار گرفته­ است. توانایی سنجش از دور در برآورد خصوصیات و ویژگی­های­ ابرها در بررسی تغییرات آن­ها در مکان­ها و زمان­های مختلف به اثبات رسیده ­است. یکی از جنبه­های تحقیقاتی مهم در ارتباط با ابرها، تعیین فشار در سطح بالای آن­ها است که هدف از پژوهش حاضر نیز ارائه ی روشی سریع برای تعیین آن (FAST CTP) با استفاده از تصاویر MODIS می­باشد. به این ترتیب که ابتدا با استفاده از داده­های رادیوساوند در دو ایستگاه مهرآباد و کرمانشاه پروفایل دمایی جو استخراج گردید. سپس با استفاده از یک تکنیک پنج مرحله­ای پیکسل­های تصویر مورد نظر به چهار دسته ابری، احتمالاً ابری، احتمالاً بدون ابر و غیر ابری طبقه بندی شدند. سپس با استفاده از مدل LSE در باندهای 31 و 32 سنجنده مذکور، گسیلمندی ابر در پیکسل­های ابری برآورد گردید. آنگاه با استفاده از گسیلمندی برآورد شده، دمای واقعی استخراج گردید. سپس با استفاده از این دما و پروفایل دمایی استخراج شده از داده­های رادیوساوند، فشار بالای ابر استخراج گردید. برای بررسی صحت نتایج به دست آمده نتایج حاصل از روش FAST CTP با نتایج حاصل از مدل CTP استاندارد مقایسه گردید. بر طبق این مقایسه روش ارائه شده در پژوهش حاضر برای ابرهای با عمق اپتیکی بالاتر از 10 مطلوب بوده و با نتایج حاصل از مدل CTP اختلاف بسیار کمی را نشان می­دهد. اما تفاوت در مورد ابرهای نازک و با عمق اپتیکی پایین ( پایین تر از 10) نسبت به ابرهای با عمق اپتیکی بالا بطور چشمگیری بالاست.

سامانه های همرفتی همه ساله در مناطق مختلف ایران خسارت های زیاد و در مواردی غیر قابل جبران به وجود می آورند. با توجه به این که بارش حاصل از این سامانه ها در جنوب غرب ایران بخش عمده ای از بارش کل را تشکیل می دهند و نقش مهمی در تامین منابع آب دارند، ضرورت بررسی ویژگی های اقلیم شناسی آن ها اجتناب ناپذیر است. در این مطالعه به منظور شناسایی الگو های مکانی و زمانی رخداد سامانه های همرفتی میان مقیاس (MCSs) در جنوب غرب ایران از محصول موزاییک شده دمای درخشندگی مرکز پیش بینی اقلیمی NCEP/NWS و داده های ایستگاه های همدید استفاده شد. سامانه های همرفتی میان مقیاس طی ساعات بارشی و رخداد پدیده های مرتبط با همرفت، بر اساس آستانه ی دمایی 228 درجه کلوین، آستانه ی بیشینه مساحت ده هزار کیلومترمربع و آستانه ی طول عمر 3 ساعت، شناسایی شدند. در مجموع 189سامانه همرفتی میان مقیاس طی سال های 2001 تا 2005 شناسایی شد. یافته های این تحقیق نشان داد، بیشترین تعداد MCSs در ماه دسامبر (54 مورد) رخ داده است، شکل گیری MCSs از شرایط توپوگرافی تاثیر پذیرفته ، ولی دامنه ی رو به باد نقش خیلی مهمی در شکل گیری آن ها نداشته است. فراوانی رخداد این سامانه ها در ماه آوریل و می کاملا از توپوگرافی منطقه تبعیت کرده، اما با افزایش سرما میزان تبعیت از توپوگرافی کم تر شده تا آن جا که در ماه ژانویه هماهنگی بین فراوانی رخداد MCSs با توپوگرافی منطقه مشاهده نشده است.

پایش سطح برف نماینده میزان پوشش برف بوده و عامل مهمی در پیش بینی جریان حوضه با استفاده از مدل های هیدرولوژی است. هدف این پژوهش بررسی تغییرات سطح برف حوضه سد شاه چراغی در شمال استان سمنان، طی دوره بیست ودوساله است تا بتوان از سری زمانی سطح برف به دست آمده، به منزله داده های ورودی مدل پیش بینی جریان ورودی سد استفاده کرد. نبود ایستگاه ها و داده های هواشناسی و برف سنجی مناسب در سطح حوضه، بر اهمیت کاربرد سنجش از دور برای تعیین سطح برف می افزاید. از این رو، پوشش برف با جمع آوری تصاویر NOAA-AVHRR و به کمک دو روش تحلیل آستانه برپایه آلبدو باندهای مرئی و دمای درخشندگی باندهای حرارتی برای جداسازی برف، بر اساس نوع سنجنده ماهواره محاسبه شد و تفاوت دو روش جداسازی برف از پدیده های دیگر بررسی شد. نتایج نشان می دهند که سطح پوشش برف محاسبه شده از تصویر سنجنده AVHRR-3 در حدود 4 درصد بیشتر از سطح برف محاسبه شده از تصویر سنجنده AVHRR-2 است. همچنین نتیجه بررسی روند تغییرات سطح برف از سال 1986 تا 2007 میلادی به دو روش رگرسیون خطی و من کندال نشان می دهد که سری زمانی سطح برف روندی ندارد.

در ایران موضوع وقوع مخاطرات طبیعی به ویژه سامانه های همرفتی میان مقیاس به علت افزایش تهدیدها و خسارات ناشی از آن ها از اهمیت بالایی برخورداراست. بدین منظور چرخه عمر سامانه های همرفتی میان مقیاس غرب ایران در دوره زمانی ۲۰۰۱ تا ۲۰۰۵ با استفاده از تصاویر ماهواره ای و شاخص تغییرات مساحت و آستانه های دمای درخشندگی ۲۲۴ و ۲۴۲ کلوین شناسایی گردید. با توجه به اینکه اگر سامانه ای از اشتقاق به وجود بیاید یا با ادغام خاتمه یابد، تشخیص مراحل چرخه عمر آن غیرممکن است؛ لذا سامانه هایی انتخاب شدند که بدون رخداد ادغام یا اشتقاق بودند. بنا بر اهمیت سامانه همرفتی میان مقیاس روز هفتم و هشتم دسامبر ۲۰۰۱، چرخه عمر و شرایط دینامیک سیکل زندگی آن به صورت موردی بررسی گردید و تأثیرات ارتفاعات زاگرس بر چرخه عمر آن از طریق مدل RegCM۴ موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد مدل قابلیت آشکارسازی اثر ارتفاعات بر چرخه عمر سامانه های همرفتی میان مقیاس دارد. در اجرای مرجع مراکزی از کمیت های تاوایی، همگرایی- واگرایی و سرعت قائم در زاگرس و غرب آن تشکیل که باعث بارش در این منطقه شده است. در مقابل در اجرای بدون کوهستان این مراکز به هم خورده و هسته بارش به شرق ارتفاعات زاگرس جابجا شده است؛ به گونه ای که سامانه در مرحله بلوغ تضعیف و در مرحله زوال، دشت های مرکزی ایران از بارش بیشتری برخوردار بوده اند. همچنین الگوی میدانی کمیت ها از الگوی ناهمواری ها تبعیت کرده است.

در این مطالعه سامانه همرفتی عمیق روز ۲۷ مارس ۲۰۰۷ و سطوح جهیده (OT) مرتبط با آن که در برخی مناطق غرب و جنوب غرب ایران منجر به رخداد توفان و بارش های شدید شد، با استفاده از تصاویر SEVIRI مورد بررسی قرار گرفت. توسعه و اضمحلال سامانه با کاربرد تصاویر RGB حاصل از باندهای مریی، فروسرخ میانی و پنجره فروسرخ پایش شد. همچنین با کاربرد تصویر باند مریی، پدیده-های OT شناسایی شدند و توانایی روش های اختلاف دمای درخشندگی باندهای بخار آب، ازن و دی اکسیدکربن با IRW، برای شناسایی OT ارزیابی شد. درنهایت برای درک شرایط رخداد سامانه همرفتی مورد بررسی که با پدیده OT همراه بوده است، نقشه های انرژی پتانسیل همرفتی، روباد سطح پایین و جریان باد و همچنین نمودار هوف مولر رطوبت نسبی و رطوبت ویژه تفسیر شدند. نتایج نشان داد بیش تر پدیده های OT سطوحی با دمای ۲۰۸ تا ۲۱۵ درجه کلوین دارند که با معیار بیشینه دمای OT مطابقت دارد؛ اما چند پدیده OT با سطوحی اندکی گرم تر از ۲۱۵ درجه کلوین نیز مشاهده شده اند. در هر سه روش اختلاف دمای درخشندگی باندهای فروسرخ، برخی پیکسل ها به اشتباه به عنوان OT شناسایی شدند و برخی پدیده های OT بر اساس آستانه های تعیین شده، شناسایی نشدند، که به دلیل قدرت تفکیک مکانی نسبتاً ضعیف تصاویر مورد استفاده است. با وجود این که با کاربرد این تصاویر و روش ها تعداد و محل دقیق این پدیده ها را نمی توان به درستی تعیین نمود، اما می توان رخداد یا عدم رخداد آن ها را به طورکلی مورد بررسی قرار داد که می تواند برای تعیین ویژگی های فضایی و زمانی و همچنین شرایط رخداد پدیده OT که اثرات اقلیمی و جوی مهمی دارند، مفید و پرکاربرد باشد. بررسی شرایط رخداد سامانه مورد مطالعه نشان داد در روز رخداد این سامانه و روز قبل آن روباد سطح پایین در منطقه حضور داشته و در تزریق هوای گرم و مرطوب به منطقه نقش مؤثری داشته است.