ارزیابی تغییرات تبخیر-تعرق حوضه ارس با استفاده از داده‌های تفکیک مکانی بالای محصول MOD16

نوع مقاله : مقاله پژوهشی‌

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آب و هواشناسی همدیدی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 استاد آب و هواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استادیار آب و هواشناسی، گروه جغرافیا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این پژوهش برای ارزیابی تغییرات زمانی-مکانی مجموع تبخیر-تعرق (ET) در بخش جنوبی حوضه آبریز رودخانه ارس از محصول به‌دست آمده از داده­های سنجنده مودیس ماهواره ترا (MOD16) برای یک دوره آماری 20‌‌ساله (2019-2000) استفاده شد. تفکیک مکانی این داده­ها 500 متر و تفکیک زمانی آن 8 روزه است. برای ارزیابی دقت داده­های ET مودیس از داده­های تبخیر ایستگاه­های موجود در سطح حوضه و معیار RMSE استفاده شد. در طول دوره به‌طور کلی غرب حوضه، میانگین تبخیر-تعرق کمتری نسبت به شرق آن داشته است. تمامی هسته­های بیشینه به غیر از هسته پارس­آباد از سال 2000 وجود داشتند؛ اما هسته بیشینه در پارس­آباد از 2001 به‌بعد تشکیل شده و به‌صورت تدریجی وسعت یافته است. بیشترین تغییر افزایشی مقدار ET دوره در کاربری زراعی آبی پارس­آباد، جنگل­های متراکم در خداآفرین و کلیبر، مراتع مرغوب جنوب­شرقی اردبیل و مخلوط کشاورزی-باغی آن و بیشترین تغییر کاهشی ET نیز در کاربری زراعت دیم، مخلوط مراتع فقیر و سایر کاربری­ها در جنوب پارس‌آباد، بیله­سوار و گرمی مغان و تا حدودی مراتع فقیر غرب حوضه مشاهده شد. تغییر افزایش ET در قسمت­های اشاره شده تا حدی ناشی از تغییر کاربری آنها تشخیص داده شد و همچنین می­تواند ناشی از تغییرات افزایشی متغیرهای هواشناسی مؤثر بر آن از جمله دمای هوا، سرعت باد و... و نحوه مدیریت منابع آب نیز باشد که روشن شدن آن نیازمند تحقیقات مفصلی است. افزایش نیاز آبی گیاهان تنها یکی از تبعات افزایش ET خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of evapotranspiration changes in the Aras basin using spatial high resolution MOD16 product

نویسندگان [English]

  • Bromand Salahi 1
  • Mahnaz Saber 2
  • Abbas Mofidi 3
1 Ph.D. Student of Climatology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Professor of Climatology, Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 Assistant Professor of Climatology, Faculty of Geography, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this study, to evaluate the spatiotemporal changes of total evapotranspiration (ET) in the southern part of the Aras river basin, the MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration ET Product (MOD16) for collection 6 for a statistical period of 20 years (2000-2019) was used. The spatial resolution of this data is 500 meters, and its temporal resolution is 8-day. First, the product ET data was compared with the evaporation stations data, and the accuracy of the product was evaluated and validated using correlation, determination coefficient, Root Mean Squared Error (RMSE), and Mean Absolute Error (MAE). Then ET time series was calculated for the whole basin and its trend was plotted. Annual ET maps and their spatial change maps for the 20-year period were also mapped. In addition, the area of each ET class was calculated as a percentage, and the class changes over time were examined. The results showed that during the period in general, the west of the basin had lower average evapotranspiration than the east All maximum cores except Parsabd core, have existed since 2000, but the maximum core in Parsabad has been formed since 2001 and has gradually. The results showed, the percentage of the spatial coverage of classes larger than 300 mm in 2010 and especially in 2019 has increased compared to the average period. It has almost doubled to the number of their respective classes in 2000. The ET of the basin and the type of land use and land cover were investigated to find a possible relationship between them. The most increasing change in the ET amount at irrigated agro-use in Parsabad, dense forests in Khodaafarin and Kaleybar, high quality pastures southeastern and agricultural-horticultural mixture in Ardabil and in constant, the most decreasing change in the ET amount at rainfed agricultural use, a mixture of poor pastures and other uses in the south of Parsabad, Bilesvar and Garmi Moghan and to some extent poor pastures in the west of the basin were observed. The increasing change in ET in the mentioned areas was partly due to their land use change. Annual land use changes in these areas showed that it was largely due to the change and reduction of grassland (pasture) and bareland to irrigated fields and the increase in the percentage of dense forest at Khodaafarin and Kaleybar, which led to an increase in ET. Regarding irrigated agricultural uses, it emphasizes the increasing water needs of plants and the need for further research and revision of the type of irrigation system and the use of indoor canals instead of open canals. The increase in ET can also be due to the increasing changes in the meteorological variables that affect it, such as air temperature, wind speed, etc. and how water resources management, the clarification of which requires detailed research. Increased water needs of plants will be only one of the consequences of increasing ET.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Evapotranspiration
  • Aras Basin
  • MOD16

مراجع

اسمعیل­پور، م.، دین­پژوه، ی.، 1391، تحلیل روند بلندمدت تبخیر و تعرق پتانسیل در حوضه جنوبی رود ارس. جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 23 (3): 210-193.
پارسی­نژاد، م.، رجا، ا.، چهره­نگار، ب.، 1399، تحلیل کاربردی مقادیر تبخیرتعرق برآورد شده از تصاویر ماهواره­ای در شناسایی مناطق با پتانسیل صرفه­جویی مصرف آب در حوضه آبریز دریاچه ارومیه. تحقیقات منابع آب ایران، 16 (3)، 393-388.
جعفری شندی، ف.، جهان­بخش اصل، س.، رضایی بنفشه، م.، مسعودیان، ا.، 1397، بررسی تغییرات زمانی تبخیر و تعرق واقعی و ارتباط آن با دما و بارش در استان آذربایجان شرقی با استفاده از فرآورده دورسنجی مودیس ترا، پژوهش­های جغرافیایی، 50 (4)، 696-685.
جهانبخش، س.، رضایی بنفشه، م.، اسمعیل­پور، م.، تدینی، م.، 1391، ارزیابی مدل­های برآورد تبخیرتعرق پتانسیل و توزیع مکانی سالانه آن در حوضه جنوبی رود ارس، جغرافیا و برنامه­ریزی، 16 (40): 46-25.
دین­پژوه، ی.، جهانبخش­اصل، س.، فروغی، م.، 1397، تحلیل حساسیت تبخیر تعرق به تغییر در پارامترهای هواشناسی در شمال غرب و غرب ایران، نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 8 (2): 14-1.
رحیم­پور، م.، کریمی، ن.، مهدیان، ف.، 1399، ارزیابی مدل SEBAL در برآورد تبخیر و تعرق واقعی با استفاده از تصاویر ماهواره­ای MODIS در شرایط کمبود داده (مطالعه موردی دشت رفسنجان). فصلنامه فضای جغرافیایی، 20 (70)، 18-1.
مربوطه، ب.، اشرف­زاده، ا.، وظیفه­دوست، م.، خالدیان، م.، 1397، مقایسه تبخیر و تعرق واقعی محصول MOD16 و شبیه‌سازی‌شده توسط مدل SWAP (مطالعه موردی: مزارع تحت‌‌کشت ذرت در استان قزوین)، تحقیقات منابع آب ایران، 14 (2)، 71-62.
موحددانش، ع.، 1373، هیدرولوژی آب­های سطحی ایران، تهران، انتشارات سمت، چاپ اول، 378 صفحه.
Aguilar, A. L., Flores, H., Crespo, G., Marín, M. I., Campos, I. and Calera, A., 2018, Performance Assessment of MOD16 in Evapotranspiration Evaluation in Northwestern Mexico. Water 2018, 10, 901; doi:10.3390/w10070901
Allies, A., Demarty, J., Olioso, A., Issoufou, H. B., Maïnassara, I., Chazarin, J., Oï, M., Velluet, C., Bahir, M. and Cappelaere, B., 2017, Estimating evapotranspiration from remote sensing: the case of Sahelian Africa. IAHS Scientific Assembly 2017. IAHS2017-164
Bastiaanssen, W. G. M., Menenti, M., Feddes, R. A. and Holtslag, A. A. M., 1998, A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL). 1. Formulation, Journal of Hydrology, 212-213, 198-212.
Chen, Y., Xia, J., Liang, Sh., Eeng, J., Fisher, J. B., Li, X., Liu., Ma, Z., Miyata, A., Mu, Q., Sun, L., Tang, J., Wang, K., Wen, J., Xue., Y., Yu, G., Zha, T., Zhang, L., Zhang, Q., Zhao, T., Zhao, L. and Yuan, W., 2014, Comparison of satellite-based evapotranspiration models over terrestrial ecosystems in China. Remote Sensing of Environment 140 (2014) 279–293.
Cleugh, H. A., Leuning, R., Mu, Q., Running, S. W., 2007, Regional evaporation estimates from flux tower and MODIS satellite data. Remote Sensing of Environment 106, 285–304.
Dehghani Sanij, H., Yamamoto, T. and Rasiah, V., 2004, Assessment of evapotranspiration estimation models for use in semi-arid environments. Agricultural Water Management 64: 91–106
Degano, M. F., Rivas, R. E., Sánchez, J. M., Carmona, F. and Niclòs, R., Assessment of the Potential Evapotranspiration MODIS Product Using Ground Measurements in the Pampas. Conference: 2018 IEEE Biennial Congress of Argentina (ARGENCON). DOI: 10.1109/ARGENCON.2018.8646143
Elnashar, A., Wang, L., Wu, B., Zhu, W. and Zeng, H., 2021, Synthesis of global actual evapotranspiration from 1982 to 2019. Earth System Science Data, 13, 447–480. https://doi.org/10.5194/essd-13-447-2021
Faisol, A., Indarto, I., Novita, E. and Budiyono., 2020, An evaluation of MODIS global evapotranspiration product (MOD16A2) as terrestrial evapotranspiration in East Java – Indonesia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. DOI: 10.1088/1755-1315/485/1/012002
Hu, G., Jia, L., Menenti, M., 2015, Comparison of MOD16 and LSA-SAF MSG evapotranspiration products over Europe for 2011. Remote Sensing of Environment. 156, 510-526.
Jang, K., Kang, S., Lim, Y.-J., Jeong, S., Kim, J., Kimball, J. S. and Hong, S. Y., 2013, Monitoring daily evapotranspiration in Northeast Asia using MODIS and a regional Land Data Assimilation System, J. Geophys. Res. Atmos., 118, 12927–12940, doi:10.1002/2013JD020639
Jia, L., Xi, G., Liu, S., Huang, C., Yan, Y. and Liu, G., 2009, Regional estimation of daily to annual regional evapotranspiration with MODIS data in the Yellow River Delta wetland. Hydrology Earth System. Sciences. 13, 1775–1787.
Jun, X., Bingfang, W. and Shufu, L., 2017, Estimation and Calibration of Remote Sensed Evapotranspiration for Hai River Basin. https://www.researchgate.net/publication/267783554
Jung, M., Reichstein, M., Ciais, P., Seneviratne, S.I., Sheffield, J., Goulden, M. L., Bonan, G. B., Cescatti, A., Chen, J., de Jeu, R., Dolman, A. J., Eugster, W., Gerten, D., Gianelle, D., Gobron, N., Heinke, J., Kimball, J. S., Law, B. E., Montagnani, L., Mu, Q., Mueller, B., Oleson, K. W., Papale, D., Richardson, A. D., Roupsard, O., Running, S. W., Tomelleri, E., Viovy, N., Weber, U., Williams, C., Wood, E., Zaehle, S. and Zhang, K., 2010, Recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply. Nature, 467, 951-954.
Kerres, M. and Schiffler, M., 2010, Adaptation to Climate Change in the Kura-Aras River Basin. BMZ. Federal ministry for Economic Cooperation and Development.
Los, S. O., Collatz, G. J., Sellers, P. J., Malmstrom, C. M., Pollack, N. H., DeFries, R. S., et al., 2000, A global 9-yr biophysical land surface dataset from NOAA AVHRR data. Journal of Hydrometeorology, 1(2): 183-199.
Marshall, M., Tu, K., Funk, C., Michaelsen, J., Williams, P., Williams, C., Ard¨o, J., Boucher, M., Cappelaere, B., de Grandcourt, A., Nickless, A., Nouvellon, Y., Scholes, R. and Kutsch, W., 2013, Improving operational land surface model canopy evapotranspiration in Africa using a direct remote sensing approach. Hydrol. Earth Syst. Sci., 17, 1079–1091, doi:10.5194/hess-17-1079-2013
Monteith, J. L., 1965, Evaporation and environment. In: B.D. Fogg,ed. The state and movement of water in living organ-isms. Symposium of the Society of Experimental Biology XIX. Cambridge: Cambridge University Press, 205–234, doi:10.1002/iroh.19670520242.
Mu, Q., Heinsch, F. N., Zhao, M. and Running, S. W., 2007, Development of a global evapotranspiration algorithm based on MODIS and global meteorology data. Remote Sensing of Environment. 111(4), 519-536.
Mu, Q., Zhao, M. and Running, S. W., 2011, Improvements to a MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration Algorithm. Remote Sensing of Environment, 115 (8), 1781-1800.
Mu, Q., Zhao, M. and Running, S. W., 2013, Algorithm Theoretical Basis Document: MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration (ET) Product (NASA MOD16A2/A3) Collection 5. NASA Headquarters
Nishida, K., Nemani, R. R., Glassy, J. M. and Running, S. W., 2003, Development of an Evapotranspiration Index from Aqua/MODIS for Monitoring Surface Moisture Status. IEEE transactions on geoscience and remote sensing, 41(2), 493-501.
Paciolla, N., Corbari, Ch., Hu, G., Zheng, Ch., Menenti, M., Jia, L. and Mancini, M., 2021, Evapotranspiration estimates from an energy-water-balance model calibrated on satellite land surface temperature over the Heihe basin. Journal of Arid Environments 188 (2021) 104466.
Ruhoff, A. L., Paz, A. R., Aragao, L. E. O. C., Mu, Q., Malhi, Y., Collischonn, W., Rocha, H. R. and Running, S. W., 2013, Assessment of the MODIS global evapotranspiration algorithm using eddy covariance measurements and hydrological modellingin the Rio Grande basin. Hydrological Sciences Journal, 58 (8), 1658–1676. DOI: http://dx.doi.org/10.1080/02626667.2013.837578
Running, S. W., Mu, Q., Zhao, M. and Moreno, A., 2019, User’s Guide MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration (ET) Product (MOD16A2/A3 and Year-end Gap-filled MOD16A2GF/A3GF) NASA Earth Observing System MODIS Land Algorithm (For Collection 6), Version 2.2, June 10, 2019.
Shekar, N. C. S., Nandagiri, L., 2016, Actual Evapotranspiration Estimation Using a Penman-Monteith Model. Int'l Journal of Advances in Agricultural & Environmental Engg. (IJAAEE) 3, Issue 1 (2016) ISSN 2349-1523 EISSN 2349-1531
Su, Z., 2002, the surface energy balance system (SEBS) for estimation of turbulent heat fluxes, Hydrol. Earth Syst. S e t, 6(1), 85-99.
Sun, Z., Gebremichae, M., Ard¨o, J. and de Bruin, H. A. R., 2011, Mapping daily evapotranspiration and dryness index in the East African highlands using MODIS and SEVIRI data. Hydrol. Earth Syst. Sci., 15, 163–170. doi:10.5194/Hess-15-163-2011
Wang, S. Pan, M. Mu, Q. Shi, X. Mao, J. Brümmer, C. Jassal, R. Krishnan, P. Li, J. and Black, T., 2015, Comparing Evapotranspiration from Eddy Covariance Measurements, Water Budgets, Remote Sensing, and Land Surface Models over Canada. Journal of hydrometeorology. 16, 1540–1560, doi:10.1175/JHM-D-14-0189.1
Yin, L. Wang, X. Feng, X. Fu, B. and Chen, Y., 2020, A Comparison of SSEBop-Model-Based Evapotranspiration with Eight Evapotranspiration Products in the Yellow River Basin, China. Remote Sens. 12, 2528; doi:10.3390/rs12162528.
مجله ژئوفیزیک ایران
دوره 16، شماره 2
شهریور 1401
صفحه 119-137

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار