ارزیابی تبخیر و تعرق واقعی روزانه با الگوریتم SEBAL، مطالعه موردی: دشت سگزی اصفهان - احمد مختاری; کورش شیرانی; نوید مسلم زاده (Muhandisī va mudirīyyat-i ābkhīz)
مقدمهدشت سگزی در 40 کیلومتری شهر اصفهان با وسعت حدود 40 هزار هکتار، عامل تهدیدی جدی برای این شهر تاریخی محسوب می‌شود. این دشت که تا چند دهه پیش نیزار و مرغزاری نسبتا آباد بوده، اکنون به خطری عظیم به لحاظ تخریب طبیعت و آلودگی محیط زیست تبدیل شده است. دو عامل طبیعی و انسانی در بیابان‌زایی این منطقه نقش دارند. از عوامل طبیعی، بارندگی کم، تبخیر زیاد، وجود لایه‌های محدود کننده در خاک و بادهای شدید و از عوامل انسانی، چرای بیش از حد دام، بوته‌کنی، رشد شدید جمعیت و بهره‌برداری بی‌رویه از منابع موجود، افت آب‌های زیرزمینی و مهمتر از همه، بهره‌برداری از معادن سطحی موجود به‌ویژه معادن گچ را می‌توان نام برد. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی کارایی الگوریتم SEBAL برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی دشت سگزی با توجه به موقعیت خشک و نیمه‌خشک بودن منطقه با استفاده از تصاویر لندست 8 بود. مواد و روش‌هادر این پژوهش، استخراج اطلاعات مورد نیاز از این تصاویر طی سه مرحله اصلی یعنی پیش‌پردازش، پردازش و پس‌پردازش صورت گرفت. در مرحله پیش‌پردازش، پس از انجام تصحیحات اتمسفریک، هندسی و سایر تصحیحات لازم، اقدام به زمین‌مرجع کردن تصاویر شد. در محله پردازش داده‌ها، روش‌های مختلف بارزسازی و تحلیل‌های آماری و سنجش از دوری به‌منظور دستیابی به لایه‌های اطلاعاتی صورت گرفت. به‌منظور ارزیابی نتایج در مرحله پردازش تصاویر، پس‌پردازش داده‌ها بر اساس تحلیل‌های مختلف ارزیابی لایه‌های قابل اعتماد از لحاظ صحت و دقت، انجام گرفت. در مرحله بعد، الگوریتم SEBAL اجرا شد که در این مرحله، ابتدا میزان تابش خالص (Rn) با توجه به دمای سطح زمین و پوشش گیاهی و میزان انرژی‌های رسیده به زمین محاسبه شد. سپس، شار گرمایی خاک (G) به‌دست آمد تا میزان قابلیت انتقال گرما به داخل خاک مشخص شود. سپس، میزان شار گرمای محسوس (H) که تعیین‌کننده هدررفت انرژی از خاک به سمت فضا است، تعیین شد. در نهایت، پس از تعیین مقدار شار گرمای محسوس، تبخیر و تعرق محاسبه شد. الگوریتم SEBAL، معادله بیلان انرژی را به‌منظور محاسبه تبخیر و تعرق واقعی گیاه محاسبه می‌کند. نتایج و بحثپارامترهای آلبیدوی سطحی (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی 0.85 و 0.16)، دمای سطح خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی 326 و 299 درجه کلوین)، شاخص پوشش گیاهی NDVI (بیشترین وکمترین مقادیر به‌ترتیب مربوط به نواحی با پوشش گیاهی خوب با 1+ و پیکره‌های آبی با 1-)، میزان انرژی خالص رسیده به سطح زمین (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 703 و 210 وات بر متر مربع)، شار گرمایی خاک (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 130 و 35 وات بر متر مربع)، شار گرمای محسوس (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 323 و 23 وات بر متر مربع)، تبخیر و تعرق لحظه‌ای (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 0.842 و 0.225 میلی‌متر) و تبخیر و تعرق روزانه (بیشترین و کمترین مقادیر وزنی حدود 20.2 و 5.4 میلی‌متر) از جمله مهم‌ترین پارامترهای موثر در الگوریتم SEBAL بود که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفتند. یافته‌های پژوهش در رابطه با نتیجه کاربرد الگوریتم SEBAL با داده‌های ماهوارهای لندست 8 نشان داد که الگوریتم SEBAL تبخیر و تعرق را در محدوده‌هایی که دارای پوشش گیاهی غالبا کشاورزی و باغ هستند، به‌‌خوبی پیش‌بینی کرده است، به‌طوری ‌که میزان هدررفت آب از طریق بخار را نزدیک به مقادیر ثبت شده ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان (فرودگاه شهید بهشتی) پیش‌بینی کرده است. میزان خطای به‌دست ‌آمده در محاسبه الگوریتم  مورد نظر 0.1 درصد بوده است. میزان تبخیر و تعرق لحظه‌ای واقعی در محدوده بین 0.22 تا 0.84میلی‌متر محاسبه شده است که با توجه به شرایط آب ‌و هوایی منطقه و دمای هوای نزدیک به سطح (27 تا 50 درجه کلوین) و مقدار تبخیر و تعرق ثبت شده به روش پنمن-مانتیث (0.3 میلی‌متر در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان)، این مقدار در محدوده معقولی قرار دارد. نتیجه‌گیریمقایسه خروجی‌های الگوریتم SEBAL با مقدار تبخیر و تعرق به‌دست ‌آمده در ایستگاه سینوپتیک شرق اصفهان که RMSE مقدار 0.1 را نشان می‌دهد، بیانگر مناسب بودن این الگوریتم در محاسبه تبخیر و تعرق در منطقه سگزی است. با توجه به نیاز روزافزون کشور برای جلوگیری از هدررفت یا مصرف مازاد آب در بخش کشاورزی، چه از طریق تغییر الگوی کشت و چه تغییر در روش‌های آبیاری، به‌کارگیری الگوریتم SEBAL در این پژوهش، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را در اختیار متخصصین و مدیران بخش آب و کشاورزی قرار دهد. نتایج به‌دست ‌آمده از اجرای این پژوهش، نشان داد که سنجش از دور با در دست ‌داشتن الگوریتم‌های متفاوت از جمله الگوریتم SEBAL و کمینه اطلاعات زمینی، دارای پتانسیل مناسبی برای تخمین تبخیر و تعرق واقعی است.