تحقیقات آب و خاک ایران

تحقیقات آب و خاک ایران

تحلیل تغییرات بلندمدت پوشش برف و آب معادل برف با استفاده داد‌ه‌های ماهواره‌ای MODIS و سامانه FLDAS در استان خراسان رضوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 گروه مهندسی احیا مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ساری، ساری، ایران
4 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی .مشهد، ایران
چکیده
سطح پوشش برف و آب معادل برف از متغیرهای بسیار مهم در شناخت وضعیت منابع آب و جریان‌های رودخانه‌ای ناشی از ذوب برف در مناطق کوهستانی است. در این پژوهش به‌منظور بررسی تغییرات بلند مدت مکانی و زمانی سطح پوشش برف و آب معادل برف (SWE) طی دوره 2000-2025 در خراسان رضوی از داده‌های ماهواره‌ای سنجنده MODIS و سامانه FLDAS در محیط تحت وب Google Earth Engine استفاده گردید. به‌منظور ارزیابی دقت نتایج، داده‌های برآوردشده با اندازه‌گیری‌های میدانی ایستگاه‌های برف‌سنجی صحت‌سنجی شدند. نتایج برآوردی داده‌های ماهواره‌ای با استفاده از شاخص‌های همبستگی خطی (Correlation)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE) و بایاس (Bias) مقایسه و ارزیابی گردید. همچنین جهت بررسی تغییرات بلندمدت سهم بارش برف از کل بارش (بارش برف و باران) در منطقه موردمطالعه، شاخص نسبت آب معادل برف به بارش (SPR) محاسبه گردید. از شاخص خشکسالی هواشناسی SPI سالانه نیز برای بررسی ارتباط سطح پوشش برف و آب معادل برف با وقایع خشکسالی و ترسالی استفاده گردید. نتایج نشان داد که بیشترین مساحت سطح پوشش برف متعلق به سال‌های 2005 و 2008 با مساحت 7/10775 کیلومتر مربع و 7/6697 کیلومتر مربع بوده است. کمترین سطح پوشش برف مربوط به سال ۲۰۱۸ با مساحت 4/632 کیلومتر مربع بوده است. روند کلی پوشش برف و آب معادل برف (SWE) در استان کاهشی بوده و شیب منفی روند بیان می‌کند که به‌طور متوسط سالانه حدود Km2/ year 9/31- از سطح پوشش برف به طور معنی‌دار (در سطح آماری 5 درصد) کاسته شده است. شاخص نسبت آب معادل برف به بارش (SPR) در بلندمدت دارای روند کاهشی با شیب 004/0 – در سال بوده است که نشان دهنده کاهش سهم بارش‌های برف نسبت به بارش در منطقه می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Analysis of long-term changes in snow cover and snow water equivalent using MODIS satellite data and the FLDAS system in Razavi Khorasan Province

نویسندگان English

Majid Kazemzadeh 1
Zahra Noori 2
Sahar Khazaei 3
Akbar Alipoor 4
1 Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources and Environment, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Reclamation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Sari, Sari, Iran
4 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Snow cover area (SCA) and snow water equivalent (SWE) are critical variables for understanding water resource status and river flows from snowmelt in mountainous regions. This study investigated the long-term spatial and temporal variations of SCA and SWE over the 2000–2025 period in Razavi Khorasan Province, Iran, utilizing MODIS satellite data and the FLDAS in the Google Earth Engine (GEE). To evaluate the accuracy of the results, the estimated data were validated against field measurements from snow-gauge stations. The satellite-derived estimates were evaluated using statistical metrics, including linear correlation (R), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and bias. Furthermore, the SWE-to-precipitation ratio (SPR) index was calculated to investigate long-term changes in the contribution of snowfall to total precipitation. The annual Standardized Precipitation Index (SPI) was also employed to analyze the relationship between SCA and SWE, with drought and wet events. The results indicated that the maximum snow cover areas occurred in 2005 and 2008, 10775.7 km2 and 6697.7 km2, respectively. Conversely, the minimum snow cover area was recorded in 2018 at 632.4 km2. The overall trend of both SCA and SWE in the study area was downward. The negative slope of trend revealed a significant annual decrease of approximately -31.9 km2/year in snow cover area (at the 5% statistical significance level). The long-term SPR index also exhibited a decreasing trend with a slope of -0.0004/year, indicating a declining share of snowfall relative to total precipitation in the region.

کلیدواژه‌ها English

Snow Cover Area (SCA)
Snow Water Equivalent (SWE)
FLDAS
SWE-to-precipitation ratio (SPR)