کالیبراسیون مدل‌های تخمین رطوبت خاک در تصاویر نوری و حرارتی با حد تفکیک مکانی متوسط و پایین بکمک داده‌های SAR

چکیده:

رطوبت خاک، در پراکندگی بارش، تبخیر تعرق و چرخه انرژی و کربن در طبیعت تاثیر بسزایی دارد. بهمین منظور اندازه‌گیری رطوبت خاک بسیار حائز اهمیت است. از سوی دیگر اندازه‌گیری رطوبت خاک بکمک راهکارهای میدانی بسیار وقت‌گیر و پر هزینه بوده و در بسیاری از مناطق امکان اندازه‌گیری آن بصورت مستقیم میسر نیست. بر این اساس استفاده از فن‌آوری سنجش از دور را می‌توان بعنوان رویکردی جایگزین و قابل اعتماد در این حوزه انتخاب نمود. چالش‌های مختلفی در حوزه تخمین رطوبت خاک بکمک مشاهدات ماهواره‌ای وجود داشته که در این پژوهش مساله کالیبراسیون بین سنجنده‌ای بمنظور تخمین روزانه رطوبت خاک منطقه بعنوان رویکرد تحقیق انتخاب شده است. بواسطه‌ی پویایی رفتار رطوبت خاک استفاده از ماهواره‌ها با قدرت تفکیک زمانی بالا ترجیح پذیر بوده اما بواسطه‌ی ارتباط معکوس میان حد تفکیک مکانی و زمانی این سنجنده‌ها عمدتاً حد تفکیک مکانی پایینی (100 متر تا چند کیلومتر) را برخورداند. بدیهی است که نسبت دادن یک اندازه‌گیری نقطه‌ای با وسعتی حدود 2 تا 3 متر مربع به یک پیکسل با حد تفکیک مکانی پایین دقت خوبی در برآورد رطوبت خاک بهمراه نخواهد داشت. بر این اساس در این پژوهش کالیبراسیون بین سنجنده‌ای مدل تخمین رطوبت خاک در تصاویر سنجنده‌ی MODIS بعنوان یک سنجنده با حد تفکیک مکانی پایین بکمک مدلی که بصورت همزمان از تصاویر راداری Sentinel 1 و تصاویر چندطیفی Landsat 8 استفاده می‌کند، برآورد شده است. بر این اساس ابتدا به بررسی اثر ضریب بازپراکنش تصاویر راداری Sentinel 1 در مدلسازی رگرسیونی رطوبت خاک پرداخته‌شد؛ که نتایج مدل تخمین رطوبت خاک همراه با این پارامتر دقتهابی 069/0RMSE= و 512/0R²=  را نشان می‌دهد؛ که در نبود این پارامتر دقت مدل‌ به 069/0 RMSE= و 462/0R²= کاهش می‌یابد. سپس  نتایج مدلسازی کمیت رطوبت خاک بکمک روش کالیبراسیون بین سنجنده‌ای دقتهایی معادل  0.029  RMSE=و0.714 R²= را بهمراه داشته که در زمان استفاده از نمونه‌های میدانی در کالیبراسیون مدل این دقت‌ها معادل 0.071 RMSE= و 0.398 R² = بودند. نتایج کسب شده حاکی از بهبود دقت تخمین رطوبت خاک در تصاویر MODIS بکمک کالیبراسیون بین سنجنده‌ای است. در انتها به بررسی استقلال زمانی مدل کالیبراسیون بین سنجنده‌ای تصاویر MODIS پرداخته شد. برای این منظور از نمونه‌های بین سنجنده‌ای تصویر دیگر تنها در ارزیابی مدل استفاده شد؛ که نتایج حاصل از آن دقتهایی معادل 0.029RMSE=  و 0.714R² = را در بر دارد.