محاسبه تبخیر و تعرق با الگوریتم سبال در گوگل ارث انجین

برای اولین‌بار در ایران، الگوریتم محاسبه تبخیر و تعرق SEBAL به‌صورت عملی و تئوری در داخل سامانه قدرتمند ارث انجین آموزش ‌داده ‌شده است. در این آموزش کاربردی که در قالب 45 بخش و نزدیک 6 ساعت بوده با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست به‌صورت نیمه‌خودکار (70 درصد خودکار) محاسبه تبخیر و تعرق با الگوریتم سبال در گوگل ارث انجین آموزش داده شده است.

محاسبه تبخیر و تعرق با الگوریتم سبال در گوگل ارث انجین

الگوریتم SEBAL مخفف عبارت Surface Energy Balance Algorithms for Land می باشد. این مدل برای برآورد تبخیر و تعرق در زمین های کشاورزی یا زمین های دارایی پوشش گیاهی بر اساس تعادل انرژی می باشد. به صورت کلی اگر بخوایم بگیم الگوریتم سبال تبخیر و تعرق را بر اساس داده زمینی و تصاویر ماهواره ای و استفاده از اصل تعادل انرژی انجام خواهد داد.

همانگونه که در بالا نیز اشاره شد این مدل از اصل تعادل انرژی استفاد خواهد کرد. نکته بعدی در این مدل استفاده از داده های زمینی برای اجرای این مدل است. اما یک خبر خوب این است که ما هر دو رویکرد را به شما آموزش داده ایم. یعنی ابتدا بر اساس مولفه هایی مانند سرعت باد و دمای هوا که از ایستگاه زمینی استخراج میشود الگوریتم را استخراج کرده ایم، در رویکرد دوم تمامی این متغییر هایی که از ایستگاه زمینی لازم بوده با کمک تصویر ماهواره ای استخراج و دیگر نیازی به داده زمینی نمی باشد.

منطق و اصول الگوریتم سبال

همانگونه که اشاره شد این مدل بر اساس بیلان انرژی یا تعادل انرژی عمل خواهد کرد. در شکل زیر این تعادل نمایش داده شده است. در این معادله شار گرمایی نهان (انرژی باقی مانده برای تبخیر و تعرق) بر اساس 3 مولفه به نام های زیر بدست می آید:

• مولفه اول : شار تابش خالص در سطح زمین (Rn)
• مولفه دوم: شار حرارتی خاک (G)
• مولفه سوم: شار حرارتی محسوس (H)

هر کدام از این پارامترها بر اساس معادلات موجود در فیزیک سنجش از دور محاسبه میشود و در نهایت مقادیر بدست آمده را از همدیگر کم کرده و شار گرمایی نهان در سطح زمین بدست آمده و در نهایت بر اساس یک سری روابط میزان تبخیر و تعرق لحظه ای محاسبه میشود.

موارد آموزش داده شده در محصول محاسبه تبخیر و تعرق با الگوریتم سبال در گوگل ارث انجین

• آموزش جامع کار با کالکشن 2 لندست در ارث انجین
• ارائه مطالب تئوری در مورد الگوریتم سبال به صورت گام به گام
• آموزش استخراج مولفه های بیلان انرژی در سطح زمین
• آموزش محاسبه میزان ضریب آلبیدو
• آموزش محاسبه ضریب گسیل مندی
• آموزش محاسبه شاخص SAVI
• آموزش محاسبه شاخص NDVI
• آموزش محاسبه شاخص LAI
• آموزش محاسبه تابش طول موج بلند رسیده به سطح زمین
• آموزش محاسبه تابش طول موج بلند خروجی از زمین
• آموزش محاسبه تابش طول موج بلند ورودی از زمین
• آموزش محاسبه دمای سطح زمین
• آموزش محاسبه شار گرمای حرارتی خاک
• آموزش محاسبه مقاومت آئرودینامیکی
• آموزش محاسبه فشار هوا از روابط ارتفاعی
• آموزش محاسبه چگالی هوا بر اساس روابط فشار و دمای سطح زمین
• آموزش تبخیر و تعرق مرجع بر اساس الگوریتم پنمن- مانتیث
• آموزش استخراج تبخیر و تعرق مرجع بر اساس تصاویر ماهواره ای
• آموزش انتخاب پیکسل سرد و گرم
• آموزش محاسبه مقاومت آئرودینامیکی اصلاحی
• آموزش محاسبه ضریب پایداری اتمسفری
• آموزش اصلاح پارامتر شار گرمای حرارتی خاک (H)
• آموزش محاسبه تبخیر و تعرق لحظه ای

ویژگی های محصول آموزشی اندازه گیری الگوریتم سبال در ارث انجین

موضوع: اندازه گیری تبخیر و تعرق بر اساس بیلان انرژی
الگوریتم استفاده شده: الگوریتم SEBAL
تصاویر: تصاویر لندست کالکشن 2
تعداد جلسات: 43
مدت زمان آموزش: 5 ساعت و 30 دقیقه
بستر: سامانه گوگل ارث انجین
داده تمرینی: دارد
کد آماده: دارد
منابع علمی: دارد

سوالات پرتکرار در این محصول آموزشی:

آیا مبانی تئوری نیز ارائه شده است؟

بله تمامی مبانی تئوری به صورت گام به گام در زمان اجرای کد ها و روابط فیزیکی سنجش از دور ارائه شده است. یعنی میتوان گفت که هم بخش تئوری وجود دارد و هم بخش عملی.

آیا میتوان برای هر نوع سنجنده ای مثلا سنتینل 2 استفاده کرد؟

خیر نمیتوان، فقط میتوان برای سنجنده هایی استفاده کرد که باند حرارتی دارند. در این آموزش از تصاویر ماهواره ای لندست کالکشن 2 نیز استفاده شده است. همانگونه که میدانید کالکشن 1 لندست از دسترس خارج شده است.

آیا تمامی پارامترهای عنوان شده از تصاویر ماهواره ای لندست استخراج شده است؟

بله، تمامی پارارمترهای عنوان شده در بخش موارد آموزش داده شده ، بر روی تصاویر ماهواره ای لندست استخراج شده است و از پروداکت های آماده در این زمینه برای نمونه آلبیدو مودیس استفاده نشده است و این نوع کد نویسی در داخل ارث انجین برای اولین بار می باشد.

آیا داده زمینی لازم است؟

ما در این آموزش قابلیت را برای شما عزیزان ایجاد کرده ایم که بتوانید از هر دو رویکرد استفاده کنید.در حالت کلی برای محاسبه الگوریتم پنمن مانتیث (تبخیر و تعرق مرجع) نیازمند داده زمینی است، اما ما روش استفاده از پروداکت آماده دیگر در ارث انجین به شما آموزش داده ایم که دیگر نیازی به داده های ایستگاه زمینی ندارد. البته اگر داده زمینی داشتید توصیه میشود که استفاده کنید.

آیا این آموزش یک آموزش کاملا اتوماتیک است؟

باید گفت خیر، این آموزش یک آموزش نیکه خودکار است و میتوان گفت که تا 70 درصد موارد برای شما عزیزان به صورت اتوماتیک و خودکار است اما برای مثال در انتخاب پیکسل سرد و گرم باید دستی عمل کنید البته جای نگرانی نبوده و تمامی مراحل به ساده ترین روش ممکن آموزش داده شده است.

آیا در این آموزش محاسبه تبخیر و تعرق پنمن مانتیث آموزش داده شده است؟

بله دوستان، به صورت جامع این الگوریتم برای اندازه گیری تبخیر وتعرق مرجع آموزش داده شده است. البته همانگونه که اشاره شد زمانی که داده زمینی نداشته باشید از پروداکتهای آماده کمک گرفته شده است.

آیا تمامی مراحل کد نویسی ارائه شده است؟

بله دوستان، تمامی مراحل کد نویسی در داخل ارث انجین به شما عزیزان آموزش داده شده است و از این بابت مشکلی به وجود نمی آید.

آیا اگر دانش برنامه نویسی نداشته باشیم این محصول برای ما مناسب است؟

شما باید با ارث انجین آشنا باشید، ما توصیه میکنیم که دوره رایگان ارث انجین را در کنار این آموزش یاد بگیرید به سادگی میتوانید کدهای که اینجا استفاده میشود را نیز بکار ببرید.

ایا میتوان سری زمانی و نمودار ترسیم کرد؟

خیر، این آموزش بر روی تک تصویر اجرا خواهد شد و امکان سری زمانی وجود ندارد.

تبخیر و تعرق

یکی از اجزاء مهم در چرخه آب تبخیر و تعرق است. قطعا شما نیز اسم تعرق از سطح گیاهان و تبخیر از سطح خاک را شنیده و در متون مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. دو واژه تبخیر و تعرق کنار همدیگر به کار گرفته می‌شود. دلیل این امر امکان جداسازی نشدن این دو در بسیاری از روش ها است.

با توجه به شرایط کشور ایران، چیزی حدود 70 درصد از بارندگی ها مستقیم تبدیل به تبخیر می شود. اگر آمار تاج پوشش گیاهی و تعرق از این سطح را نیز در نظر بگیریم این آمار میتواند معادلات مختلف را در مناطق مختلف برهم زند. تبخیر اشاره به تبدیل آب در سطح خاک به بخار آب و تعرق خروج آب از سطح گیاه برای حفط تعادل گرمایی بر اساس شرایط محیطی است. تبخیر و تعرق در بحث کشاورزی بهینه، در مباحث بیلان آبی، نیاز آبی و تعیین سیستم های آبیاری میتواند کاربرد های بسیار زیادی داشته باشد.

روش های اندازه گیری تبخیر وتعرق

تبخیر وتعرق جزء پارامترهایی است که در چرخه آب اندازه گیری آن دشوار است. روش ها زیادی برای اندازه گیری آن وجود دارد، یک روش استفاده از تشتک تبخیر در داخل ایستگاه زمینی است. روش دیگر استفاده از معادلات فیزیگی مانند الگوریتم سبال است.
اما یک سری دیگر از معادلات بر اساس روابط تجربی، معادلات ترکیبی و سایر روش ها عمل میکنند. برای نمونه میتوا تبخیر و تعرق مرجع را از روش پنمن مانتیث استخراج کرد که در این آموزش این روش نیز ارائه شده است.

اندازه گیری تبخیر و تعرق با پنمن مانتیث

البته تصاویر ماهواره ای را نیز میتوان استفاده کرد. برای نمونه تصاویر ماهواره ای مودیس و داده های فائو موجود می باشد که برای شما علاقه مندان به این موضوعات میتوانید از لینک های زیر استفاده کنید.

اندازه گیری تبخیر و تعرق با داده های فائو

استفاده از داده های زمینی در اندازه گیری الگوریتم سبال

یکی از مهم ترین مولفه های الگوریتم سبال شار حرارتی محسوس است، که نیازمند تبخیر و تعرق مرجع می باشد. برای محاسبه تبخیر وتعرق مرجع از روش پنمن مانتیث ما به داده های زیر نیاز داریم:
البته باز تاکید میشود که روش بدون نیاز به داده زمینی نیز ارائه شده است:

• تاریخ نمونه برداری
• دمای حداکثر
• دمای حداقل
• میانگین دمایی
• ساعت آفتایی
• رطوبت نسبی
• سرعت باد
• ساعات آفتابی
• ارتفاع منطقه

البته باز لازم به ذکر است که جای نگرانی نبوده و تمامی مراحل آموزش داده شده است، حتی اگر شما این داده نداشته باشید ما با کمک سنجش از دور تبخیر و تعرق مرجع را محاسبه کرده و نیازی به این داده ها و اطلاعات نمی باشد.

مدرس دوره آموزشی:

آرمان صمدی

دانش‌آموخته رشته سنجش‌ازدور و جی ای اس دانشگاه تهران

کارشناس سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی

مدیر و بنیان‌گذار وب‌سایت مدرسه سنجش‌ازدور و جی ای اس

مدیرعامل شرکت یکتا فراز

مدرس بیش از 250 محصول آموزشی