چکیده:
دمای سطح زمین فاکتور اصلی در تعادل انرژی کرهزمین بوده و به عنوان ورودی مدلهای تغییرات آبوهوایی و محیطی بهکار میرود. در گذشته و حتی در حال حاضر بدلیل فقدان و یا کمبود ایستگاههای کافی هواشناسی در بسیاری از مناطق کشور، اندازهگیری و ثبت دما انجام نگرفته است بطوربکه اطلاع دقیقی از تغییرات دمایی در آن مناطق در دست نیست، لذا وجود روشی که بتواند سریع، دقیق و کم هزینه و آن هم در مقیاس وسیع دما را اندازهگیری نماید لازم و ضروری است. استفاده از فناوری سنجش از دور به دلیل دید وسیع و یکپارچه، در دسترس بودن بسیاری از تصاویر و آرشیو غنی گزینه مناسبی در برآورد این پارامتر به شمار میرود. در این تحقیق روشهای مختلف استخراج دمای سطح زمین ازجمله Mono-window، Artis و Stefan-Boltzman مورد بررسی قرار گرفت بطوریکه در هر روش، گسیلمندی از راههای مختلفی از جمله NDVI، Classification و MODIS Product محاسبه و سپس وارد معادلات گردید. همچنین از تصاویر متنوع سری لندست شامل TM,ETM+,OLI و محصول گسیلمندی MODIS استفاده گردید. برای تبدیل دمای سطح به ارتفاع یک و نیم متری نیز از یک دماسنج دقیق محیطی با دقت 0. 2 درجه سانتی گراد و رابطه خطی (=0. 44×LST + 8/8دمای هوا) استفاده شد سپس نتایج بدست آمده با استفاده از دادههای ایستگاههای هواشناسی، محاسبه RMSE و آزمون آماری T مورد راستی آزمایی قرار گرفت. نتایج نهایی نشان داد که بهترین روش با RMSE 1. 09 مربوط به تصویر ETM+ و روش Stefan-Boltzman و بدترین روش نیز با RMSE 2. 64 مربوط به استفاده از تصویر MODIS و روش Mono-Window است. لذا پیشنهاد میگردد برای سایر مناطق که از لحاظ پارامترهای جغرافیایی به منطقه مورد مطالعه شباهت دارند روش Stefan-Boltzman. بکار گرفته شود.
Abstract:
Land surface temperature (LST) is the main factor in the energy balance of the Earth, and is used as input for climate and environmental changes models. In the past and even now, due to the lack or insufficient number meteorological stations, temperature has not been measured and recorded in many parts of the country, therefore, there is no accurate information on temperature changes in these regions. So there is a need for a method to measure this parameter that is fast and accurate as well as being the low cost and covering a wide area. Using remote sensing data due to its wide coverage, the availability of many images and rich archives is a good option for estimating this parameter. In this research, various methods for extracting land surface temperature including Mono-window, Artis and Stefan-Boltzman were investigated. In each method, emissivity was calculated from different ways, including NDVI, Classification and MODIS Product, and then entered into their equations. Landsat series including TM, ETM +, OLI and MODIS emissivity products were also used. To convert the surface temperature to one and half meters height temperature, a precise environmental thermometer with a precision of 0.2 ° C and a linear relationship (air temperature= 0.44 × LST + 8.8) were used. Then, the results were tested using weather station data via RMSE and t-test. The final results showed that the best method with RMSE 1.09 is using the ETM + image and the Stefan-Boltzman method, and the worst method with RMSE 2.64 is belonging to the use the MODIS image and the Mono-Window method. Therefore, it is recommended to use Stefan-Boltzman method for other regions which are geographically similar to this studied area.
خلاصه ماشینی:
در این تحقیق روش های مختلف استخراج دمای سطح زمین ازجمله Artis،Mono-window و Stefan-Boltzman مورد بررسی قرار گرفت به طوری که در هر روش ، گسیلمندی از راه های مختلفی از جمله NDVI،Classification و Product MODIS محاسبه و سپس وارد معادلات گردید.
در این پژوهش استخراج گسیلمندی از سه روش مختلف شامل : NDVI Normalized difference vegetation index،Classification و Modis Product صورت گرفت سپس برای برآورد دمای سطح از معادلات Mono-Window،Artis و Stefan-Boltzman و تصاویر سنجنده های TM ،ETM+ و TIRS استفاده شد.
(به تصویر صفحه مراجعه شود) شکل ١: ایران و منطقه مورد مطالعه Figure 1: Iran and Case study در این پژوهش از تصاویر سنجنده های TM و +ETM و(TIRS)OLI (جدول ١) و MODIS Product، داده های هواشناسی شامل داده های دمای هوا (Ta) و رطوبت نسبی (RH) و همچنین نمونه برداری دمایی از سطح و هوای بالای آن (ارتفاع یک و نیم متری) استفاده شد.
(به تصویر صفحه مراجعه شود) شکل ٣: روند کلی برآورد دما با گسیلندگیهای مختلف Figure 3: General process of temperature estimation with different emission الف ) برآورد گسیلندگی بر مبنای NDVI با دو باند قرمز و مادون قرمز با استفاده از رابطه (١) مقدار NDVI محاسبه و سپس از روش آستانه گذاری NDVI (جدول ٣) نقشه گسیلمندی تهیه گردید.
Gong et al ,٢٠١٤ ,Latif) Table 8- Estimation of the average effective atmospheric temperature based on the study area {مراجعه شود به فایل جدول الحاقی} در نهایت با استفاده از روابط زیر دمای سطح زمین محاسبه گردید (٢٠٠٣ ,ozMun).