تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

مدلسازی رطوبت خاک و بهبود وضوح مکانی داده‌های ماهواره SMAP در مقیاس مزرعه با استفاده از داده‌های سنجش از دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران
2 عضو هیات علمی گروه مهندسی آب دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
چکیده
امروزه برآورد رطوبت خاک با استفاده از ماهواره SMAP در مقیاس زمانی کمتر از سه روز امکان‌پذیر شده است اما اندازه‌ پیکسل سایز‌های این داده بزرگ است. در این پژوهش رویکردی برای کاهش مقیاس رطوبت خاک SMAP با ترکیب Sentinel-1 SAR و داده‌های MODIS به کارگرفته است لذا با هدف برآورد رطوبت خاک در مزارع ذرت به برداشت نمونه رطوبت خاک گیاه ذرت از 5 مزرعه در کشت و صنعت مگسال واقع در دشت قزوین در دوره کشت تابستان 1401 پرداخته شد. در این پژوهش از تکنیک‌ جنگل تصادفی برای تخمین رطوبت خاک، استفاده شد. بنابراین 6 سناریو بر اساس شاخص‌های مختلف در این پژوهش تعریف شد. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که در بین سناریو‌های مورد بررسی در مزرعه یک (M1)، سناریو (RF6) با مقدار R=0.97 و (cm3/cm3) RMSE=0.04 بیشترین میزان همبستگی را داشته است. بعد از سناریو (RF6)، سناریو (RF5) با مقدار R= 0.96 از همبستگی بالایی برخوردار است. از جمله دلایل افزایش میزان همبستگی در سناریو‌های (RF5)و (RF6) را می‌توان به وجود شاخص LAI و نقشه کاربری اراضی اشاره کرد. در بررسی همبستگی میان شاخص سطح برگ و رطوبت خاک اندازه‌گیری شده مشخص شد که این شاخص با مقدار R= 0.88 میزان همبستگی بالایی را با مقادیر رطوبت خاک دارد. به دلیل محدود بودن داده‌های نقطه‌ای رطوبت خاک و نیاز به تهیه نقشه‌های پیوسته برای پایش مزارع کوچک، به‌کارگیری روش‌های ریزمقیاس‌سازی می‌تواند دقت داده‌های SMAP را به‌طور مؤثری افزایش داده و آن را به ابزاری کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای مدیریت و پژوهش‌های کشاورزی تبدیل کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Soil Moisture Modeling and Spatial Resolution Enhancement of SMAP Satellite Data at the Farm Scale Using Remote Sensing Data

نویسندگان English

Mohadese sadat Fakhar 1
Abbas Kaviani 2
1 . Water Engineering Department, Faculty of Agricultural and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
2 Water Eng. and Science Dept., Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده English

Today, estimating soil moisture using the SMAP satellite with a temporal resolution of less than three days has become feasible; however, the coarse spatial resolution of its pixel size limits its applicability at the field scale. In this study, a downscaling approach was applied by integrating SMAP soil moisture data with Sentinel-1 SAR and MODIS products. For this purpose, soil moisture samples in maize fields were collected from five farms located in the Megsal agricultural complex in the Qazvin Plain during the summer growing season of 2022. The Random Forest (RF) technique was employed to estimate soil moisture due to its strong capability in handling nonlinear relationships and reducing prediction errors. Accordingly, six modeling scenarios were developed based on different combinations of remote sensing indices. The results showed that among the evaluated scenarios in field M1, Scenario RF6 exhibited the highest accuracy with R = 0.97 and RMSE = 0.04 cm³/cm³, followed by Scenario RF5 with R = 0.96. The improved performance of RF5 and RF6 can be attributed to the inclusion of the Leaf Area Index (LAI) and land use map, as LAI demonstrated a strong correlation with measured soil moisture (R = 0.88). Considering the limited availability of point-based soil moisture observations and the need for continuous spatial monitoring in small agricultural fields, applying downscaling approaches can significantly enhance the spatial accuracy of SMAP data and serve as an efficient and cost-effective tool for agricultural research and management.

کلیدواژه‌ها English

Downscaling
MODIS
Random Forest
SMAP
Soil Moisture

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 تیر 1405