1-2. سوال تحقيق
آيا استفاده تلفيقي از داده هاي ايستگاههاي هواشناسي در کنار داده هاي تصاوير ماهواره اي سطح پوشش برف سنجنده MODIS براي تعيين خط برف مرز در نواحي کوهستاني استان باعث افزايش دقت نتايج مي گردد؟
1-3. اهداف تحقيق
– استفاده از داده هاي ايستگاههاي هواشناسي در کنار تصاوير ماهواره اي سطح پوشش برف سنجنده MODIS جهت افزايش دقت برآوردها در تعيين خط مرز برف در مناطق کوهستاني
– شناخت توانايي هاي نرم افزارهاي Arc GIS و ERDAS IMAGINE در تعيين خط برف مرز
– استفاده از آمار بارش برف روزانه، دماهاي ماهانه (حداکثر، حداقل و متوسط) براي مشخص کردن خط پيشروي و پسروي برف در ماه هاي سرد سال(آبان تا فروردين) و تعيين پتانسيل سطوح تحت ريزش آن.
1-4. فرضيه هاي تحقيق
با توجه به اهداف و سئوال اصلي تحقيق فرضيات زير مورد بحث است و در اين تحقيق تلاش براين است تا فرضيات مورد بحث و تبادل نظر قرار گيرد.
1- داده هاي تصاوير ماهواره اي پوشش برف 8 روزه سنجنده MODIS باعث افزايش دقت در تعيين خط برف مرز نواحي کوهستاني استان مي گردد.
2- نرم افزارهاي Arc GIS و ERDAS IMAGINE مي توانند در تعيين دقيق تر نتايج کمک هاي زيادي در طي مراحل تحقيق نمايند.
3- نتايج بدست آمده از اين تحقيق مي تواند به شناسايي بهتر منبع آبي برف در مناطق کوهستاني کمک نمايد.
1-5. محدوديتها و موانع تحقيق
همواره پژوهشگران در تحقيقات خود با محدوديتهايي مواجه هستند. محدوديتها به عنوان يك واقعيت باعث كندي رسيدن به هر هدفي ميگردند، تحقيق حاضر نيز از اين قاعده مستثني نميباشد. لذا محدوديتهاي اصلي اين تحقيق عبارتند از:
1 – مشکلات ناشي از کمبود داده هاي هواشناسي خصوصا دما و بارش در مناطق ارتفاعي و صعب العبور بدليل کمبود يا عدم وجود ايستگاههاي هواشناسي در اين مناطق
2 – عدم امکان استفاده از تصاوير سطح پوشش برف با دقت بالاتر از تصاوير بکار گرفته شده در اين تحقيق بدليل قيمت بالاي آنها.
3 – داشتن توانايي و مهارت کافي جهت کار با نرم افزارهاي سنجش از دور بدليل پيچيدگي اين نرم افزارها..

2-1. مقدمه:
براي تعيين خط برف در حوضه هاي آبخيزي که ايستگاه برف سنجي ندارد از عنصر دما استفاده مي شود. از آنجا که رخداد پديده برف در دماي صفر و کمتر از صفر اتفاق مي افتد معمولا ارتفاع متناظر دماي صفر درجه سانتيگراد براي ماه هاي مختلف سال معادل خط برف در نظر گرفته مي شود. براي اينكار اطلاعات مربوط به دماي متوسط ماهانه براي ايستگاههاي مورد مطالعه جمع آوري مي شود. با استفاده از داده هاي ميانگين دماي ماهانه و سالانه، گراديان دما در حوضه مورد مطالعه تعيين مي شود. با فرض اينکه نزولات جوي در دماي صفر درجه سانتيگراد و پايين تر بصورت برف نازل مي شوند، خط همتراز دماي صفر درجه در حوضه مشخص و ارتفاع مربوطه تعيين مي شود. با تعيين خط صفر درجه و ترسيم آن بر روي نقشه حوضه بوسيله سيستم GIS مي توان مساحت زير پوشش برف و آب معادل برف را نيز محاسبه کرد. از اين نظر براي هر ماه سه خط برف قابل محاسبه است.
1- ارتفاع دماي صفر درجه مربوط به متوسط حداقل ها، نشان دهنده حداقل ارتفاع خط ماندگاري برف بر روي زمين است.
2- ارتفاع دماي صفر درجه مربوط به متوسط حداکثرها، نشان دهنده حداکثر ارتفاعي است که در صورت وجود پوشش برفي در حوضه، در بالاي آن ذوبي صورت نمي گيرد.
3- ارتفاع منحني دماي صفر درجه مربوط به متوسط ماهانهها، به عنوان متوسط خط ذوب و ريزش برف به کار مي رود.
در حوضه هايي نيز که داراي ايستگاههاي برف سنجي مي باشند از اطلاعات موجود و برداشت شده در عمليات ميداني اندازه گيري برف استفاده مي شود. اين اطلاعات شامل داده هاي مختصاتي خط برف مرز، عمق و چگالي برف، برآورد سطح پوشش برف و دماي برف مي باشد. اين برآوردها عمدتاً با خطاي بسيار زياد صورت مي گيرد عمده دلايل آن را مي توان به موارد زير اشاره نمود:
1- دسترسي محدود به نقاطي از مناطق برفگير که قابل دسترس باشند
2- نقطه اي بودن ايستگاههاي برف سنجي و تعميم نتايج آن به يک محدوده وسيع
3- محدود بودن دامنه ديد اندازه گير که باعث مي گردد دامنه هايي از مناطق برف گير که در دامنه ديد قرار ندارند، برآورد مناسبي از پوشش برف صورت نگيرد.
4- محدود بودن ايستگاههاي اندازه گير برف نسبت به کل منطقه پوشيده از برف

5- خطاي ادوات و دستگاههاي اندازه گيري بدليل عدم واسنجي و استهلاک آنها با مرور زمان
استفاده از تصاوير ماهواره اي سطح پوشش برف نيز يکي ديگر از تکنيک هاي مورد استفاده براي تعيين خط برف مرز مي باشند که در اين تحقيق مورد استفاده قرار مي گيرد. اين تصاوير در يک دوره 13 ساله از سال 1379 تا سال 1391 در ماههاي سرد و برفي آبان، آذر، دي، بهمن، اسفند و فروردين برداشت و با استفاده از نرم افزارهاي تخصصي مورد تجزيه و تحليل قرار مي گيرد.

2-2. مباني نظري تحقيق:
2-2-1- روشهاي متداول در تهيه نقشه هاي خط برف مرز
روشهاي موجود براي تهيه نقشه هاي برف مرز را مي توان به سه گروه عمده به شرح زير تقسيم بندي نمود:
* استفاده از داده هاي ايستگاههاي هواشناسي
* استفاده از سنجش از دور و سيستم اطلاعات جغرافيايي
* استفاده تلفيقي از داده هاي هواشناسي و سنجش از دور
2-2-1-1. استفاده از داده هاي ايستگاههاي هواشناسي
اين روش را به عبارتي مي توان روشي معمول اطلاق نمود که در اکثر کارهاي تحقيقاتي با اين مضمون مورد استفاده قرار مي گيرد. داده هايي که در اين گونه از تحقيق ها به کار برده مي شود شامل بارش روزانه ايستگاه هاي باران سنجي، دماي متوسط ماهانه و ميانگين هاي حداکثر، حداقل و متوسط دماهاي ماهانه طي يک دوره آماري چندين ساله از ايستگاههاي هواشناسي منتخب مي باشد که با استفاده از اين داده ها گراديان بارش، دما و ضريب برفي براي ارتفاعات حوضه به صورت ماهانه محاسبه مي شود. به کمک اين معادلات مي توان مقدار ريزش و ذخيره برف و باران ماهانه را در هر ارتفاع دلخواه از حوضه پيش بيني نمود و برنامه ريزي هاي دقيق تري در جهت استفاده بهينه از اين منابع انجام داد. لازم به ذکر است که چون آمار مربوط به ايستگاه هاي تبخير سنجي حوضه ها محدود است، از آمار ايستگاه هاي مجاور آن نيز براي محاسبه گراديان هاي بارش و دما استفاده مي شود.
2-2-1-2. استفاده از سنجش از دور و سيستم اطلاعات جغرافيايي
2-2-1-2-1. اصول سنجش از دور
عبارت انگليسي Remote Sensing كه در برگردان فارسي دور سنجي، دور كاوي و يا سنجش از دور از آن ياد مي شود عبارت است از علم و هنر كسب اطلاعات از پديده ها يا اجسام بدون تماس فيزيكي با آن ها. پايه و اساس سنجش از دور بر اندازه گيري انرژي بازتابشي پديده ها از راه دور مي باشد شکل (2-1). انرژي بازتابشي يا به عبارت ساده تر امواج الكترومغناطيس منعكس شده از پديده ها، مباني فيزيك سنجش از دور را تشكيل مي دهند. امواج الكترومغناطيس داراي طيف وسيع و گسترده اي است، ولي تنها بخش مرئي تا ميكروويو آن در سنجش از دور مورد توجه و استفاده قرار مي گيرد.
شکل 2-1. موقعيت عوارض زميني و ماهواره ها
بخشي ديگر از محدوده امواج مورد استفاده در سنجش از دور مربوط به محدوده طيفي مادون قرمز است. اين محدوده براساس خصوصيات طيفي به دو بخش كلي محدوده مادون قرمز انعكاسي و محدوده مادون قرمز حرارتي تقسيم مي شود. محدوده مادون قرمز انعكاسي خود شامل محدوده مادون قرمز نزديك و محدوده مادون قرمز مياني مي باشد. محدوده طيفي ماكروويو بخشي از طيف است كه بين امواج مادون قرمز و امواج راديويي قرار دارند و طول موج آن ها از يك ميلي متر تا يك متر است. اين امواج در شرايط بد آب و هوايي نيز قادر به عبور از جو هستند و به جز بخش اوليه، بقيه چندان تحت تاثير اتمسفر قرار نمي گيرند.
سنجنده ها وسايلي اند كه امواج الكترومغناطيس منعكس شده از پديده هاي مختلف و يا ساير انرژي هاي ساطع شده را جمع آوري نموده و به شكلي مناسب براي كسب اطلاعات از محيط اطراف ارائه دهند. مشخصه هاي عمده درباره سنجنده ها شامل (الف) قدرت تفكيك طيفي، (ب) قدرت تفكيك مكاني، (ج) قدرت تفكيك راديومتريك و (د) قدرت تفكيك زماني مي باشد.
منبع داده هاي سنجش ازدور معمولا تابش الكترومغناطيسي است كه از يك پديده يا يك شيءگسيل مي شود.انعكاس طيفي با توجه به نوع پوشش هر پديده در روي زمين متفاوت است. تفاوت انعكاس طبيعي پديده ها از مواردي است كه متخصصان سنجش از دور براي تشخيص نوع پوشش هاي عوارض زميني استفاده مي كنند (فومنيمقدم،1385).
علاوه برافزايش دقت در مقياس هاي بزرگ، به كمك تكنيك هاي RS و DTM ميتوان به صورت اقتصادي تري به فهم ويژگي هاي زمين پرداخت (آزادبخت، 1385). تصاوير ماهواره اي گوناگون از نظر قدرت تفكيك مكاني، زماني، طيفي و راديومتري كاربردهاي متنوعي در مطالعات زميني دارند. از اين رو محققان سعي مي نمايند كه در طراحي سنجنده ها اين عوامل را تا حد امكان بهينه نمايند. امروزه ماهواره هاي بسياري چون LandSat ، Spot و IRS ايكونوس، كوئيك برد، ارب ويو2، كارتوست3 ، Noaa و Terra فعال هستند. استفاده از عكس هاي ماهواره اي در مطالعه اقيانوس ها، درياها، درياچه ها، منابع آب در حوضه هاي آبريز بسيار گسترده است. تشخيص آب، دشت هاي سيلابي، مكان آب هاي زيرزميني، درجه حرارت آب ها، مطالعات برف سنجي و يخ سنجي، تشخيص، تعيين و تخمين سيلاب ها و ميزان خسارت آنها، بررسي تغييرات سواحل و جريان هاي دريايي و تشخيص درياچه ها از جمله كاربردهاي فن آوري سنجش از دور در منابع آب مي باشد (فومني مقدم، 1385).

2-2-1-2-2. سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي و تلفيق آن با سنجش از دور
از زمان اولين تمدن ها، براي نمايش اطلاعات مربوط به سطح زمين از نقشه استفاده مي شده است. با گسترش اطلاعات و نياز به مطالعات بيش تر در زمينه منابع طبيعي، نقشه هاي موضوعي4 نيز براي نمايش اطلاعاتي از قبيل زمين شناسي، ژئومورفولوژي، خاك و پوشش گياهي مورد استفاده قرار مي گيرند.
استفاده عملي از سيستم GIS و كاربردي شدن آن در زمينه هاي جغرافيا در دهه هاي 1950 ،1960 و اوايل دهه 1970 تحقق يافت. كاربرد سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي در منابع آب بسيار گسترده مي باشد . منابع آب سطحي و زيرزميني داراي نقشه هاي پايه اي است كه در طول زمان تغيير مي نمايد. بررسي اين تغييرات در محيط GIS با قدرت تحليلي بالايي كه در اختيار مي گذارد، بسيار دقيق تر و سريع تر نسبت به روش هاي سنتي انجام مي پذيرد. از طرف ديگر تهيه مجدد اين نقشه ها عملا امكان پذير نبوده و جهت استخراج نقشه ها از روي آمار اندازه گيري شده، يا مستلزم صرف هزينه هاي مجدد بسيار زياد است. نگهداري از آن ها نياز به محل خاص داشته و فضاي نسبتا زيادي را اشغال مي نمايد.
درصورت تهيه اين نقشه ها به صورت ديجيتال، نگهداري، بايگاني و كپي برداري از آن ها بسيار آسان شده و امكان استفاده از آن در يك سيستم GPS و بهر ه گيري از امكانات تحليلي اين سيستم ها فراهم مي گردد. به علاوه تلفيق اين اطلاعات با نقشه هاي پايه باعث در اختيار داشتن ابزاري براي توليد نقشه هاي جامع تر و جديدتر مي گردد.
در سال هاي اخير استفاده از مدل هاي ارتفاعي رقومي (DEM) براي به دست آوردن اطلاعات فيزيوگرافي حوضه هاي آبريز كاربرد بسيار وسيعي پيدا نموده است. اين نحوه استفاده سبب افزايش سرعت و دقت در به دست آوردن اطلاعات مذكور نيز گرديده است. در نتيجه مي توان نقشه هاي بسيار ارزشمندي همچون طبقات ارتفاعي، شيب، طبقات شيب، جهت شيب، وضعيت شبكه هاي آبراهه اي و ساير موارد مشابه را به دست آورد كه در صورت عدم وجود سيستم GIS بسيار سخت و زمان بر مي نمود. استفاده از عكس هاي ماهواره اي و هوايي در محيط GIS يكي از ابتدايي ترين امكانات براي تهيه نقشه هاي پايه و تعيين موقعيت ها مي باشد. قدرت تحليل و محاسباتي فوق العاده نرم افزارهاي GIS اين امكان را فراهم مي كند تا بتوان با پردازش عكس هاي ماهواره اي به اطلاعات مربوط به عوارض و فرآيندهاي مختلف زميني دست يافت كه عملا بدون استفاده از آن ها ممكن نمي باشد.

2-2-1-2-3. كاربردهاي RS و GIS
گسترش تكنولوژي سنجش از دور و تلفيق آن با GIS و بهره گيري توام اين دو ابزار در منابع آب تحول عظيمي در شناخت و تحليل دقيق تر پديد آورده است. شناخت محدوده هاي برف گير، استخراج نقشه كاربري اراضي و بسياري موارد ديگر و تلفيق آن با اطلاعات موجود و به كارگيري روش هاي تحليل GIS نتايج بسيار دقيق تر و روشن تر را در اختيار مي گذارد. به طور كلي نقش سنجش از دور (RS) و سيستم هاي اطلاعات جغرافيايي (GIS) در فرايند تصميم گيري و برنامه ريزي را مي توان در شكل (2-2) خلاصه نمود.
سازماندهي اطلاعات، استخراج اطلاعات، كنترل كيفيت اطلاعات(بررسي صحت و دقت آنها)، به هنگام سازي اطلاعات، بازيابي و طبقه بندي اطلاعات و تجزيه و تحليل اطلاعات شامل : رونديابي تغييرات ، استخراج الگو و مدل ،استخراج لايه هاي جديد (نظير درون يابي و مسيريابي و غيره)، تجزيه و تحليل و مدل سازي (تلفيق لايه هاي اطلاعاتي ) و شبيه سازي نتايج سناريوهاي مختلف از جمله كاربردهاي كلي RS/GIS در مطالعات منابع آب به شمار مي آيد.

شکل (2-2) نقش RS/GIS در فرايند تصميم گيري و برنامه ريزي

از ديگر كاربردهاي RS/GIS در مديريت منابع آب مي توان به مواردي چون: ارائه يك ديد كلي از منطقه(شناخت بهتر بالادست و پايين دست)، تعيين مرز و محدوده كوه و دشت و ناهمواري هاي عرصه، استخراج واحدهاي شكل زمين، زمين شناسي، ژئومورفولوژي (تعيين محدوده مخروط افكنه ها و دشت ها)، خاك شناسي، كاربري اراضي و تدقيق مرز واحدها و تفكيك واحدهاي كواترنر، مطالعات پوشش گياهي و تيپ بندي جنگل و مرتع ، استخراج، بررسي و تدقيق شبكه آبراهه اي، استخراج و تدقيق لايه شبكه راه هاي ارتباطي، تعيين محدوده مناطق مسكوني و صنعتي ، ارائه ديد سه بعدي جهت انتخاب محل عرصه (پرواز مجازي)، شناسايي منابع قرضه براي كارهاي عمراني، تهيه مدل رقومي ارتفاعي (DEM) با استفاده از خطوط منحني ميزان و نقاط ارتفاعي، تهيه نقشه شيب با استفاده از DEM، درون يابي به روش هاي مختلف ( TIN و GRID) جهت تهيه لايه هاي مختلف كيفيت (EC, CL, TDS)، كميت منابع آب، تعيين ضخامت آبرفت، استخراج سطح آب زيرزميني و تجزيه و تحليل(تلفيق) لايه ها بر اساس مدل هاي مختلف اشاره كرد. به عنوان مثال در مكان يابي عرصه هاي مستعد پخش سيلاب، پارامترهاي متعددي موثراند كه اكثر آن ها داراي پراكندگي مكاني بوده و در محيط GIS به سادگي قابل تجزيه و تحليل مي باشند.
امروزه استفاده از فن آوري هاي نوين سنجش از دور و پردازش و تحليل رقومي تصاوير ماهوارهاي5 و همچنين استفاده از ابزارهاي سيستم اطلاعات جغرافيايي در اين زمينه كاربردهاي فراواني يافته است . پردازش رقومي تصاوير ماهواره اي شامل استفاده صحيح و تعبير و تفسير تصاوير رقومي ماهواره اي به كمك نرم افزار مخصوص مي باشد.
تجربيات موجود و بررسي هاي به عمل آمده نشان مي دهد كه تعيين كاربري فعلي اراضي و همچنين تعيين سطح، تيپ بندي و تراكم جنگل ها با روش هاي پيمايشي و صحرايي صرف (به خصوص در مناطقي مانند شمال كشور كه داراي جنگل هاي انبوه و يا صعب العبور بوده و بازديدهاي صحرايي بسيار مشكل است) و يا تفسير چشمي عكس هاي هوايي و تصاوير ماهوار ه اي به تنهايي كافي نبوده و بعضا داراي اشكالات و اشتباهات فراواني مي باشد.
با توجه به پيشرفت هاي روز افزون بشري در زمينه فن آوري هاي پردازش رقومي تصاوير ماهواره اي كه به منظور سهولت تشخيص و تفكيك عوارض سطح زمين و درنتيجه كاهش حجم عمليات ميداني و از طرف ديگر افزايش دقت و صحت نقشه هاي موضوعي استخراج شده مي باشد، استفاده از اين ابزارها امري لازم و ضروري است.
از پارامترهاي مهم در مطالعات منابع آب و به خصوص مطالعات هواشناسي و هيدرولوژي، محاسبه ميانگين پارامترهايي نظير بارش، دما، تبخير و فيزيوگرافي حوضه هاي آبريز مي باشد. بدين منظور پس از شناسايي ايستگاه هاي هواشناسي، آمار و اطلاعات آن ها جمع آوري و سپس كنترل شده و سپس براي يك دوره مشخص آماري تطويل مي گردد. اگر هدف تعيين ميانگين بارندگي يك محدوده معين در دشت باشد، مي توان منحني هاي هم باران به كمك ميانگين بلند مدت بارندگي ايستگاه ها را رسم نموده و پس از اندازه گيري سطوح هم بارش در محدوده دشت مورد نظر ، ميانگين پارامتر مورد نظر (بارندگي) را در محدوده مورد نظر محاسبه كرد. به شرطي مي توان از اين روش استفاده نمود كه اولا اختلاف ارتفاع زيادي در اراضي محدوده مورد نظر وجود نداشته و ثانيا ايستگاه هايي كه از بارندگي آنها براي تعيين منحني هاي هم باران استفاده به عمل مي آيد داراي اختلاف ارتفاع زيادي با محدوده مورد بررسي نداشته باشند. چون مقدار بارندگي و كليه عوامل هواشناسي علاوه بر اينكه با فاصله مكاني تغيير مي كنند، تابعي از ارتفاع نيز مي باشند، لذا براي محاسبه ميانگين بارندگي در يك حوضه آبريز كوهستاني بايد ابتدا گراديان بارندگي منطقه محاسبه شده و به كمك آن ميانگين بارندگي در نقاط زيادي از حوضه آبريز كه با توجه به شرايط توپوگرافي انتخاب مي شوند را محاسبه كرد. سپس به كمك ميانگين بارندگي اين نقاط كمكي و محل ايستگاه هاي هواشناسي، منحني هم باران حوضه آبريز را رسم نموده و سطوح هم باران منطقه را محاسبه و آنگاه ميانگين بارندگي حوضه آبريز برآورد شود.
منحني هاي هم باران رسم شده در اين حوضه آبريز كوهستاني وقتي مي تواند صحيح رسم شود كه از نقاط كمكي زيادي در ارتفاعات مختلف حوضه ب ا توجه به توپوگرافي حوضه آبريز استفاده شده باشد. بنابراين با افزايش تعداد نقاط كمكي دقت منحني هاي رسم شده بيش تر شده ولي موجب افزايش بيش از حد زمان محاسبات نيز مي گردد. علاوه بر اين خطاهاي انساني نيز مي توان د موجب كاهش دقت نتايج محاسبات مي گردد. درصورتي كه اين محاسبات در محيط GIS علاوه بر اينكه محاسبات بسيار سريع تر انجام مي گيرد ، تقريبا فاقد خطاهاي انساني بوده و در صورت نياز به تجديد نظر در مقادير بارندگي ايستگاه ها يا گراديان بارش مي توان محاسبات را مجددا با صرف وقت كمي تكرار نمود.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

از ديگر كاربردهاي اوليه مرتبط با سنجش از دور تعيين موقعيت مكاني نقاط، در روي زمين و در فضا، به كمك ماهواره مي باشد. آغاز تحقيقات براي تعيين موقعيت نقاط بر مبناي فضا از سال 1960 صورت پذيرفت و در سال 1974 لزوم به كارگيري اين ديدگاه در مقاصد نظامي حس گرديد. در سال 1983 اولين ماهواره GPS به فضا پرتاب شد و تا سال 1995 اين سيستم با پرتاب 24 ماهواره ديگر تكميل گرديد. برخي از مزاياي به كار گيري GPS شامل(الف) نقشه برداري در انواع شرايط آب و هوايي، (ب) نقشه برداري در تمام طول شبانه روز، (ج)توانايي ديد هم زمان چند ماهواره، (د) امكان حذف خطاهاي موثر، (ه)دقت نسبي مناسب براي نقشه برداري، (و)تعيين موقعيت نقطه اي عوارض سطح زمين، (ز)جهت يابي، (ح)تعيين ارتفاع و (ط) تعيين مساحت مزارع مي باشد.


پاسخ دهید