ارزیابی رطوبت خاک با استفاده از داده‌های سنجش از راه دور پایگاه داده‌های ECV و همبستگی آن با رویداد‌های گرد و غبار - جنوب و غرب ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آب، فاضلاب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، اب و محیط زیست -دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه هیدرولوژی و توسعه منابع آب ،پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، وزارت جهاد کشاورزی، تهران، ایران

3 گروه آب، فاضلاب و محیط زیست، دانشکده مهندسی عمران، اب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

10.22059/ijswr.2022.336415.669178

چکیده

رطوبت سطحی خاک یک متغیر اساسی در مطالعات هیدرولوژیکی، هواشناسی و  محیط زیست  و یکی از پارامترهای مهم و موثر در وقوع گرد و غبار می‌باشد. هدف اول این پژوهش با استفاده از داده‌های سنجش از دور، ارزیابی رطوبت خاک برآورد شده حاصل از پایگاه داده‌های  ECV با استفاده از داده‌های  ایستگاه‌های هواشناسی  تحت نظارت وزرات کشاورزی واقع در جنوب و غرب ایران در استان‌های خوزستان، ایلام، کهگیلویه و بویر احمد، لرستان و چهارمحال بختیاری می‌باشد. به همین منظور برای اعتبارسنجی داده‌های این پایگاه با داده‌های اندازه گیری شده در ایستگاه‌های هواشناسی فرخشهر، سرابله و سیلاخور در جنوب کشور، از شاخص‌های آماری نظیر ضریب همبستگی پیرسون، میانگین خطای مطلق، میانگین خطای اریبی واختلاف ریشه میانگین مربعات  استفاده شده است. نتایج اعتبار سنجی رطوبت خاک در ایستگاه‌های منتخب مشخص کرد که این داده‌ها قادر هستند رفتار و مقدار رطوبت خاک را با دقت نسبتا خوبی  اندازه گیری کنند. بهترین نتیجه بدست آمده در ایستگاه سرابله بوده که ضریب همبستگی بسیار خوب و معادل0.82 را نشان میدهد. بنابراین داده‌های پایگاه ECV را میتوان برای تعیین رفتار و مقدار رطوبت سطحی خاک در سطح گسترده استفاده کرد تا کمبود اندازه‌گیری‌های زمینی در کشور را جبران کنند.  هدف دوم این پژوهش پیدا کردن تاثیر و ارتباط میزان رطوبت سطحی خاک در کشورهای واقع در غرب ایران بر تعداد وقوع گرد و غبار در استان‌های جنوبی و غربی می‌باشد. در مورد ارتباط تاثیر و ارتباط میزان رطوبت خاک با وقوع گرد و غبار نتایج نشان می‌دهد کاهش رطوبت خاک باعث افزایش وقوع گرد و غبار در کانون‏های داخلی همان استان شده ولی کاهش رطوبت سطحی خاک در کانون‏های خارجی (کشورهای غرب ایران) باعث افزایش وقوع گرد و غبار در کل منطقه جنوب غرب و حتی مرکز ایران می‌شود. همچنین مشخص شد که تعداد رخداد پدیده گرد و غبار طی دوره‌های سرد سال در سال‌های اخیر افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of soil moisture using remote sensing ECV Database and its correlation with dust events - South and West of Iran

نویسندگان [English]

  • Homayoun Motiee 1
  • Abdolnabi Abdeh Kolahchi 2
  • Rezvan Aminian 3
1 Water, Wastewater and Environment Dep Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Hydrology and Water resources development, Soil Conservation and Watershed Management, Research Institute- Ministry of Agriculture, Tehran, Iran
3 Water, Wastewater and Environment Dep Faculty of Civil, Water and Environmental Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Surface soil moisture is a key variable in hydrological, meteorological and environmental studies and one of the important and effective parameters in the occurrence of dust. The purpose of this paper is in two folds, the first to validate the soil moisture of ECV database and the second investigate the effect of soil moisture on occurrence dust. The first purpose of this study was to evaluate the relationship between estimated surface soil moisture of remote sensing ECV databases and observed surface soil moisture of agricultural meteorological stations located in the south and west of Iran in Khuzestan, Ilam, Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad, Lorestan and Chaharmahal-Bakhtiari provinces.  For this purpose, statistical indicators such as Pearson correlation coefficient, mean absolute error, mean oblique error and root mean difference of squares were used to validate the data of this database with data measured in meteorological stations of Farkashhar, Sarablah and Silkhor in the south of the country.
The results of soil moisture validation at selected stations showed that these data are able to measure the behavior and amount of soil moisture with relatively good accuracy.  The best result is obtained at Sarablah station, which shows a very good correlation coefficient (0.82), therefore ECV database data can be used to determine the behavior and amount of soil surface moisture on a large scale to compensate for the lack of terrestrial measurements inside and outside the country. The second purpose of this study is to find the effect and relationship between surface soil moisture in countries located in western Iran on the occurrence of dust in the southern and western provinces.  Regarding the relationship between the effect and the amount of surface soil moisture with the occurrence of dust, the results show that the when surface soil moisture decrease, the occurrence of dust in the interior of the same province has increased, but the decrease in soil moisture in foreign countries (western Iran), cause increasing the occurrence of dust in the entire southwestern region and even central of Iran. It was also found that the number of dust events during the cold periods of the year has increased in recent years.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil moisture
  • Satellite data
  • ECV
  • Dust events
  • Climate change
AbdiVishkaee, F., FLamant, C., Juan, C., Larry, O., Flamant, P., & R., H. (2012). Dust transport over Iraq and northwest Iran associated with winter Shamal: A case study. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 117(D3).
Abedi, M., Jafari, R., (2016), The role of moisture in the formation of dust production areas in Isfahan province, Fourth National Conference on Wind Erosion and Dust Storms, isfahan (In farsi)
Albergel, C., Dorigo, W., Balsamo, G., Muñoz-Sabater, J., de Rosnay, P., Isaksen, L., Wagner, W. (2013). Monitoring multi-decadal satellite earth observation of soil moisture products through land surface reanalyses. Remote Sensing of Environment, 138, 77–89.
Ashrafi, K., Shafiepour-Motlagh, M., Aslemand, A., & Ghader, S. (2014). Dust storm simulation over Iran using HYSPLIT. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 12(1),
Azizi,Gh., Miri, M., Nabavi,o., (2012)., Detection of dust in the half western of Iran, Journal of Arid Regions Geographic Studies ,7(2), 63-81.(in Farsi)
Ansari, M., Norouzi, N., (2021), Investigation of Land Surface Temperature Trends Relative to Land Use Changes in Dust Sources of South, Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(7), 1820-1845
Bai, W., Gu, X., Li, S., Tang, Y., He, Y., Gu, X., & Bai, X. (2018). The performance of multiple model-simulated soil moisture datasets relative to ECV satellite data in China. Water Journal, 10(10), 1–27.
Choi, M., & Jacobs, J. (2008). Temporal variability corrections for Advanced Microwave Scanning Radiometer E (AMSR-E) surface soil moisture: case study in Little River region, Georgia, US. Sensors, 8(4), 2617–2627.
Chomette, O., Legrand, M., & Marticorena, B. (1999). Determination of the wind speed threshold for the emission of desert dust using satellite remote sensing in the thermal infrared. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 104(D24), 31207–31215.
Dorigo, W., Wagner, W., Albergel, C., Albrecht, F., Balsamo, G., Brocca, L., Chung, D., Ertl, M., Forkel, M., Gruber, A. and Haas, E., 2017. ESA CCI Soil Moisture for improved Earth system understanding: State-of-the art and future directions. Remote Sensing of Environment, 203, pp.185-215.
Jackson, T. J., Cosh, M. H., Bindlish, R., Starks, P. J., Bosch, D. D., Seyfried, M., … Du, J. (2010). Validation of advanced microwave scanning radiometer soil moisture products. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 48(12), 4256–4272.
Jing, W., Song, J., & Zhao, X. (2018). A comparison of ecv and smos soil moisture products based on oznet monitoring network. Remote Sensing10(5), 703.
Kerr, Y. H., Waldteufel, P., Richaume, P., Wigneron, J. P., Ferrazzoli, P., Mahmoodi, A.,Juglea, S. E. (2012). The SMOS soil moisture retrieval algorithm. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 50(5), 1384–1403.
Kerr, Y. H., Waldteufel, P., Wigneron, J.-P., Delwart, S., Cabot, F., Boutin, J., … Gruhier, C. (2010). The SMOS mission: New tool for monitoring key elements ofthe global water cycle. Proceedings of the IEEE, 98(5), 666–687.
Kim, H., & Choi, M. (2015). Impact of soil moisture on dust outbreaks in East Asia: Using satellite and assimilation data. Geophysical Research Letters, 42(8), 2789–2796.
Li, X., & Zhang, H. (2014). Soil moisture effects on sand saltation and dust emission observed over the Horqin Sandy Land area in China. Journal of Meteorological Research, 28(3), 444–452.
Mason, P. J., Zillman, J. W., Simmons, A., Lindstrom, E. J., Harrison, D. E., Dolman, H.,Rasmussen, J. (2010). Implementation plan for the global observing system for climate in support of the UNFCCC (2010 Update).
Mohamadi, F., Kamali,S., Eskandari,M., (2019),   Detection of dust sources in different levels of Tehran atmosphere using HYSPLIT model, Journal of Geography and Environmental Hazards, 29, 39-54 (In Farsi(
Noroozi, A, Shoaei,Z, (2018) , Identifying areas with dust generation potential in the south west of Iran, case study: Khuzestan Province,  Watershed Engineering and Management Journal, 10 (3), 398–09 (In Farsi)
Parajuli, S. P., Ghedira, H., & Gheroudj, I. (2011). Effect of soil moisture and land cover on dust generation in desert and arid environment. International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 3070–3073.
Pratola, C., Barrett, B., Gruber, A., & Dwyer, E. (2015). Quality assessment of the CCI ECV soil moisture product using ENVISAT ASAR wide swath data over Spain, Ireland and Finland. Remote Sensing, 7(11), 15388–15423.
Raigani,B., kheirandish, Z.,(2016). Utilization of time series of satellite data in order to validate Identified dust production points in Alborz province, Journal of Spatial analysis Environmental hazards, 4(4), 1-18.
Ravi, S., & D’Odorico, P. (2005). A field‐scale analysis of the dependence of wind erosion threshold velocity on air humidity. Geophysical Research Letters, 32(21).
Ravi, S., D’Odorico, P., Over, T. M., & Zobeck, T. M. (2004). On the effect of air humidity on soil susceptibility to wind erosion: The case of air‐dry soils. Geophysical Research Letters, 31(9).
Schepanski, K., Tegen, I., & Macke, A. (2012). Comparison of satellite based observations of Saharan dust source areas. Remote Sensing of Environment, 123, 90–97.
Taylor, C. M., de Jeu, R. A. M., Guichard, F., Harris, P. P., & Dorigo, W. A. (2012). Afternoon rain more likely over drier soils. Nature, 489(7416), 423–426.
Wagner, W., Lemoine, G., & Rott, H. (1999). A method for estimating soil moisture from ERS scatterometer and soil data. Remote Sensing of Environment, 70(2), 191–207.
Wang, S., Mo, X., Liu, S., Lin, Z., & Hu, S. (2016). Validation and trend analysis of ECV soil moisture data on cropland in North China Plain during 1981–2010. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 48, 110–121.