اعتبار سنجی دمای سطح حاصل از تصاویر ماهواره ای مودیس و لندست-5 (مطالعه موردی: مزارع گندم دشت مرودشت)

دمای سطح زمین یک متغیر کلیدی در برآورد بیلان انرژی می باشد که در بررسی تغییر اقلیم نقش تعیین کننده ای دارد. به همین دلیل، پایش منطقه ای دمای سطح زمین در دهه های اخیر مورد مطالعه و تحقیق بسیاری از دانشمندان علوم مختلف قرار گرفته است. در گذشته دمای سطح زمین به وسیله ابزار سنجش دما، به شیوه زمینی اندازه گیری می شد که در سطح وسیع مقرون به صرفه نمی باشد. استفاده از تصاویر ماهواره ای برای تخمین دمای سطح، دسترسی به دما در حوزه و منطقه وسیع را آسان تر و کم هزینه تر نموده است. در این تحقیق محصول دمای سنجنده مودیس (MOD11) مورد ارزیابی قرار گرفت. اما از آن جا که به دلیل به کار بردن ضرایب تصحیحی که ممکن است در ایران پاسخگو نباشد، افزون بر تصاویر سنجنده فوق، تخمین دما با استفاده از تصاویر لندست (TM5) که قدرت مکانی آن از تصاویر مودیس بسیار بالاتر است، نیز مورد آزمون و مطالعه قرار گرفت.
برای انجام این پژوهش از دو دسته داده های زمینی و ماهواره ای استفاده شد. داده های دما در 261 نقطه زمینی با استفاده از دماسنج مادون قرمز برداشت گردید. اندازه گیری های زمینی در 4 سطح گیاه شامل، تاج پوشش، میانه، 10 سانتی متری از کف و سطح خاک انجام پذیرفت و پس از پردازش های لازم داده های مناسب انتخاب گردید. داده های ماهواره ای، دربرگیرنده 26 تصویر سنجنده مودیس (MOD11 و MOD02) و 2 تصویر Level- 1G لندست-5 است، می باشد. منطقه مورد مطالعه مزارع گندم شهرستان مرودشت واقع در استان فارس می باشد. پس از انجام تصحیحات لازم، دمای سطح با استفاده از باند حرارتی تصویر لندست-5 محاسبه شد. بعد از تخمین دما از تصاویر لندست-5 و سنجنده مودیس، در نقاط برداشت زمینی اقدام به استخراج دما از تصاویر دمای سطح ماهواره لندست-5 و سنجنده مودیس گردید و سپس رابطه بین داده های مشاهده ای و تخمین زده شده دمای سطح از تصاویر لندست-5 و سنجنده مودیس استخراج شد. رابطه داده های تخمینی با داده های برداشت زمینی دما در 4 سطح گیاه مورد آزمون قرار گرفت. همچنین، با استفاده از 3 الگوریتم پنجره مجزا، بکر و لی (1990)، پرایس (1984) و یولیوری (1994) دمای سطح در منطقه مورد مطالعه تخمین زده و ضرایب الگوریتم های پنجره مجزا برای منطقه مورد مطالعه واسنجی گردید. با استفاده از داده های اندازه گیری شده دمای سطح، داده های تخمین زده شده اعتبارسنجی گردید. در این پژوهش برای تعیین معنی داری تفاوت بین جفت داده های مشاهده ای و تخمینی از آزمون فیشر استفاده شده است.
نتایج نشان می دهد که دمای سطح تخمین زده شده به وسیله ماهواره بیشترین همبستگی را با دمای تاج پوشش گیاهی دارد. بنابراین کلیه محاسبات آماری بر روی دمای تاج پوشش گیاه انجام پذیرفت. دمای تخمین زده شده به وسیله ماهواره لندست و سنجنده مودیس حاکی از بیش برآورد دما با خطای RMSE به ترتیب 4/4 و1/7 درجه سلسیوس بود. خطای دمای سطح تخمین زده شده با استفاده از الگوریتم های پنجره مجزا بین 5/3 تا9/3 درجه سلسیوس برآورد گردید که بهترین پاسخ را الگوریتم بکر و لی داشت. برای تعیین وجود یا عدم وجود اختلاف معنی دار بین داده های زمینی و داده های تخمین زده شده و به دست آمده از الگوریتم های محاسبه دما، از آزمون فیشراستفاده گردید که اختلاف معنی داری در هیچ یک از جفت داده ها مشاهده نگردید.
استفاده از تصاویر ماهواره ای برای مطالعاتی که دما به صورت نسبی در یک منطقه وسیع مقایسه می گردد، بسیار کارآمد و مقرون به صرفه است ولی برای مطالعات دقیق نقطه ای و خرداقلیم در حال حاضر توصیه نمی گردد. انتخاب نوع تصاویر ماهواره (لندست یا مودیس) به دقت مورد نیاز برای برآورد پهنه ای یا نقطه ای دما بستگی دارد.