تعیین نیاز آبی و ضریب گیاهی ذرت با استفاده از داده‌های سنجش از دور و الگوریتم سبال

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای علوم و مهندسی آب- آبیاری و زهکشی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

4 گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ساری، ایران

چکیده

در این تحقیق تعیین نیاز آبی و ضریب گیاهی ذرت در اراضی ایستگاه زراعی بابل در استان مازندران با استفاده از تصاویر لندست و الگوریتم سبال مدنظر قرار گرفت. لذا 11 تصویر ماهواره‌ای لندست 7 و 8 در دو سال 1393 و 1394 در طول دوره رشد ذرت تهیه شد. به‌منظور استفاده از الگوریتم سبال ابتدا داده‌های هر باند بر اساس ضرایب ارائه‌شده برای آن باند واسنجی شدند. سپس شار تابش خالص در سطح زمین و شار گرمای خاک با استفاده از تمامی شارهای تابشی ورودی و خروجی و محاسبه ضرایب آلبیدو، گسیلمندی سطحی، دمای سطح زمین و شاخص‌های گیاهی NDVI، SAVI و LAI بدست آمد. شار گرمای محسوس نیز با تعیین دو پیکسل سرد و گرم و در نظر گرفتن شرایط پایداری اتمسفر محاسبه شد. در انتها نقشه­های نیاز آبی در طول دوره رشد ذرت بدست آمد که مقایسه آن با کتاب مرجع، سند ملی آب و فائو 56 بیانگر میزان RMSE برابر با 99/0، 09/1 و 65/0 میلی‌متر در روز بوده است. سپس با محاسبه تبخیر-تعرق مرجع به روش فائو-پنمن-مانتیث، مقدار ضریب گیاهی ذرت در دوره‌های مختلف رشد بدست آمد. این ضریب برای دوره میانی 24/1 بدست آمده است که 28، 8 و 3 درصد به ترتیب با مقدار پیشنهادی کتاب مرجع، سند ملی و فائو 56 اختلاف داشته است. برای نیمه اول دوره ابتدایی نیز 1/0 و برای نیمه دوم دوره ابتدایی 4/0 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of maize water requirement and crop coefficient using remote sensing data and SEBAL algorithm

نویسندگان [English]

  • mohammah Esmaiel kamali 1
  • alireza Faridhoseini 2
  • hossien Ansari 3
  • Mohammad Ali Gholami Sefidkouhi 4
1 PhD student, Water Engineering-Irrigation and Drainage, Ferdowsi University of Mashhad, Iran
2 Associate professor, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad.
3 Professor, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad
4 Water Engineering Department, University of Sari Agricultural Sciences and Natural Resources., Sari., Iran
چکیده [English]

The determination of maize water requirement and crop coefficient in Babol agrigultural research station in Mazandaran province using Landsat images and SEBAL algorithm was considered in the current study. Therefore, 11 satellite images of Landsat8 and Landsat7 during maize growth period in 2014 and 2015 were prepared. For using SEBAL, each band data was calibrated according to their corresponding coefficients. Then, net radiation flux on the ground surface and soil heat flux was calculated based on input and output radiation fluxes and computation of albedo, surface emissivity, ground surface temperature, and crop indices such as NDVI, SAVI and LAI. Sensible heat flux is also calculated by computation of friction velocity, aerodynamic resistance to heat transport and consideration of cold and hot pixels and atmospheric stability conditions. Finally, maize water requirement maps during growth period were prepared which had RMSE equals to 0.99, 1.09 and 0.65 mm/day compared to Reference Book, National Water Document and FAO56. Then, by computing reference evapotranspiration, maize crop coefficient in different growth stages was determined. This coefficient was 1.24 for mid stage which had 28, 8 and 3 percent difference with Reference Book, National Water Document and FAO56.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy balance
  • evapotranspiration
  • Landsat
  • Net radiation
  • Sensible heat flux
اکبری،م.، سیف،ز و زارع ابیانه،ح. 1390. برآورد میزان تبخیر- تعرق واقعی و پتانسیل در شرایط اقلیمی مختلف با استفاده از سنجش از دور. نشریه آب و خاک. 25. 4: 844-835.

امیدوار،ج.، نوری،س.، داوری،ک و فرید حسینی،ع.ر. 1392. برآورد تبخیر و تعرق واقعی مبتنی بر تصاویر ماهواره‌ای با استفاده از دو الگوریتم سبال و متریک. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. 3. 12: 22-11.

بی‌نام 1378. سند ملی آب کشور (ایران)، نیاز آبی گیاهان، الگوی کشت، راندمان آبیاری، وزارت جهاد کشاورزی.

پورمحمدی،س.، دستورانی،م.ت.، مختاری،م.ح و رحیمیان، م.ح. 1389. تعیین و پهنه‌بندی تبخیر و تعرق واقعی توسط تکنیک سنجش از دور و الگوریتم سبال (مطالعه موردی: حوزه آبخیز منشاد در استان یزد). مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 4. 13: 30-21.

حسن‌پور،ب.، میرزایی،ف.، ارشد،ص و کوثری،ه. 1391. مقایسه الگوریتم‌های SEBAL و S-SEBI در برآورد تبخیر و تعرق در منطقه کرج. 26. 6: 1371-1360.

سهیلی فر،ز.، میرلطیفی،س.م.، ناصری،ع.ع. و عصاری،م.  1392. برآورد تبخیر-  تعرق واقعی نیشکر با استفاده از داده‌های سنجش از دور در اراضی کشت و صنعت نیشکر میرزا کوچک خان. نشریه دانش آب و خاک. 23. 1: 163-151.

شریفان،ح و قهرمان،ب. 1385. بررسی روند تغییرات مکانی و زمانی تبخیر-تعرق در استان گلستان با استفاده از سیستم GIS. دومین کنفرانس مدیریت منابع آب. اصفهان.

عرفانیان،م.، علیزاده،ا و محمدیان،ا. 1389. بررسی تغییرات احتمالی نیاز کنونی آبیاری گیاهان نسبت به ارقام مندرج در سند ملی آبیاری (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3. 4: 492-478.

غلامی سفیدکوهی،م.ع.، میرلطیفی،س.م.، محمدی،ک و علی‌محمدی،ع. 1389. برآورد ضریب گیاهی و تبخیر- تعرق واقعی گندم با استفاده از سنجش از دور، مطالعه موردی: حوضه گرگان­رود. نشریه آبیاری و زهکشی. 2. 4: 231-222.

فرشی،ع.ا.، شریعتی،م.ر.، جاراللهی،ر.، قائمی،م.ر.، شهابی­فر،م و تولائی،م.م. 1376.  برآورد آب موردنیاز گیاهان عمده زراعی و باغی کشور. جلد اول (گیاهان زراعی). انتشارات نشر آموزش کشاورزی وابسته به معاونت آموزش و تجهیز نیروی انسانی سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، چاپ نخست.

فولادمند،ح.ر. 1390. تخمین نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم استان فارس در سطوح گوناگون احتمال. مجله مهندسی منابع آب.4: 74-65.

قلی زاده،ح. عبادزاده،ح.ر.، حاتمی،ف.، حسین پور،ر.، محیطی،ض.، فضلی استبرق،م.، رضایی،م.م.، عرب،ح.، کاظمی فرد،ر.، فضلی،ب.، عبدشاه،ه.، سفیدی،ه.، رفیعی،م و کاظمیان،ا. 1393. آمارنامه محصولات زراعی (سال زراعی 92-1391). انتشارات وزارت جهاد کشاورزی (معاونت برنامه‌ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات)

کریمی،ع.، فرهادی بانسوله،ب و حصادی،ه. 1391. برآورد تبخیر و تعرق واقعی در مقیاس منطقه‌ای با استفاده از الگوریتم سبال و تصاویر لندست. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 4. 6: 364-353.

Allen,R.G., Pereira,L.S., Raes,D., Smith,M. 1990. Crop evapotranspiration. Irrigation and Drainage Paper No.56. F.A.O. Rome. Italy.

Allen,R.G., Tasumi,M., Trezza,R., Waters,R., and Bastiaanssen,W.G.M. 2002. Surface Energy Balance Algorithms for Land, Advance Training and Users Manual–Idaho Implementation, version 1, 97 p.

Bala,A., Rawat,K.S., Misra,A.K and Srivastava,A. 2016. Assessment and validation of evapotranspiration using SEBAL algorithm and Lysimeter data of IARI agricultural farm, India. Journal of Geocarto International, Volume. 31. 7: 739-764.

Bastiaanssen,W.G.M., Menenti,M., Feddes,R.A., Holtslag,A.A.M. 1998. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL) 1. Formulation. Jornal of Hydrology. 212.213: 198-212.

Hussein,J., Kanoula,W and Merkel,B. 2015. Actual Evapotranspiration in the Al-Khazir Gomal Basin (Northern Iraq) Using the Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) and Water Balance.  Journal of Geosciences. 5.2: 141-159

Landsat 8 data users’ handbook. 2016. Department of the interior U.S. geological survey. LSDS-1574 version 2.0.

Paul,G., Gowda,P.H., Prasad,P.V.V., Howell,T.A and Staggenborg,S.A. 2013. Lysimetric evaluation of SEBAL using high resolution airborne imagery from BEAREX08. Journal of Advances in water resources. 59:157-168,

Ramos,J.G., Cratchley,C.R., Kay,J.A., Casterad, M.A., Martinez-cob,A and Dominguez,R. 2009. Evaluation of satellite evapotranspiration estimates using ground-meteorological data available for the Flumen District into the Ebro valley of N.E. Spain. Agricultural Water Management. 96: 638-652.

Tasumi,M., Trezza,R., Allen.R.G and Wright.J.L. 2003. U.S. validation test on the SEBAL model for evapotranspiration via satellite. ICID workshop on remote sensing of ET for large regions. (France).