برآورد آب معادل برف با استفاده از داده‌های سنجنده AMSR-E و مدل GLDAS (مطالعه موردی: حوضه‌های شمال‌غرب ایران)

آب و خاک

مقاله 10، دوره 31، شماره 5 - شماره پیاپی 55، آذر 1396، صفحه 1497-1510   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v31i5.58484

نویسندگان

هادی انصاری؛ صفر معروفی^*

دانشگاه بوعلی سینا همدان

چکیده

آب معادل برف اطلاعات مهمی برای مدیریت منابع آب ارائه می‌دهد و اخیرا مورد توجه بسیاری از محققین سنجش از راه دور قرار گرفته است. اگرچه سعی شده است که با استفاده از مدل‌های بزرگ مقیاس جهانی، آب معادل برف تخمین زده شود، ولی اثرات منطقه‌ای مانند چگالی برف، توپوگرافی و شرایط هواشناختی محلی ممکن است به عدم قطعیت منجر شوند. در این مطالعه از داده‌های روزانه سنجنده AMSR-E ماهواره آکووا و مدل جهانی سطح زمین (GLDAS) برای تخمین آب معادل برف روزانه در ایستگاه‌های برف‌سنجی حوضه‌های شمال‌غرب ایران (حوضه دریاچه ارومیه و غرب حوضه آبریز مازندران) در طول سال‌های آبی 86-85 الی 90-89 در تاریخ‌هایی که اندازه‌گیری برف صورت گرفته بود، استفاده گردید. دلیل انتخاب این محدوده، کوهستانی بودن، بارش زیاد برف و تراکم ایستگاه‌های برف‌سنجی نسبت به سایر مناطق کشور بود. با توجه به نتایج به دست‌ آمده، داده‌های محاسباتی آب معادل برف همبستگی معنی‌داری در سطح 1 درصد با داده‌های مشاهداتی داشتند. استفاده از چگالی برف اندازه گیری شده در داده‌های AMSR-E، باعث افزایش ضریب همبستگی از میزان 27/0 به 55/0 گردید. نتایج نشان داد که بهترین تخمین آب معادل برف در ایستگاه‌هایی بوده که در سطوح ارتفاعی 1350 الی 1600 متری قرار داشته‌اند و با افزایش ارتفاع، دقت تخمین به‌طور قابل توجهی کاهش یافته ‌است. با استفاده از نقشه‌های آب معادل برف ماهانه مدل GLDAS، آب معادل برف ماهانه برای دوره 2000 الی 2015 برای منطقه مورد مطالعه محاسبه گردید. در اکثر سال‌ها مورد بررسی، بیشترین میزان آب معادل برف برای ماه‌های ژانویه و فوریه به دست‌آمد و در محدوده زمانی ژوئن تا سپتامبر، منطقه مورد مطالعه فاقد ذخیره برفی بود. با توجه به میانگین آب معادل برف سالانه و نمودارهای میانگین‌های متحرک سه، پنج و هفت ساله، میزان آب معادل برف حوضه‌های شمال‌غرب ایران در دوره آماری 2015-2001، روند کاهشی داشته است.

کلیدواژه‌ها

توپوگرافی؛ چگالی برف؛ ماهواره آکووا؛ میانگین‌ متحرک

مراجع

1- Akhavan Karbasi F., Aref M.R., and Sarkargar S.A. 2015. Estimate the volume of snow water equivalent of cover with MODIS data processing and ground data (case study: Yazd Province). P. 19. National Conference on Application of spatial analysis advanced models (remote sensing and GIS) in spatial planning, 2425 February. 2015. Islamic Azad University, Yazd, Iran. (in Persian)

2- Andreadis K.M., and Lettenmaier D.P. 2006. Assimilating remotely sensed snow observations into amacroscale hydrology model. Advances in Water Resources, 29:872–886.

3- Ashrafzadeh Afshar A., Joodaki G R., and Sharifi M A. 2016. Evaluation of Groundwater Resources in Iran Using GRACE Gravity Satellite Data. Journal of Geomatics Science And Technology, 5 (4):73–84. (in Persian)

4- Byun K., and Choi M. 2014. Uncertainty of snow water equivalent retrieved from AMSR-E brightness temperature in northeast Asia. Hydrological Processes, 28:3173–3184.

5- Chang A.T.C., Foster J.L., and Hall D.K. 1987. Nimbus-7 Derived Global Snow Cover Parameters. Annals of Glaciology, 9:39–44.

6- Chang A. T. C., Foster J.L.,. Hall D.K., Goodison B.E., Walker A.E., and Metcalfe J.R. 1997. Snow Parameters Derived from Microwave Measurements During the BOREAS Winter Field Experiment. Journal of Geophysical Research, 102:29663–29671.

7- Cohen J., and Entekhabi D. 1999. Eurasian snow cover variability and Northern Hemisphere climate predictability. Geophysical Research Letters, 26:345–348.

8- Dai L., Che T., Wang J., and Zhang P. 2012. Snow depth and snow water equivalent estimation from AMSR-E data based on a priori snow characteristics in Xinjiang, China. Remote Sensing of Environment, 127:14–29

9- Dehghani M., Morid S., and Norouzi A.A. 2010. Runoff Simulation in Snowbound Catchments, Using SRM and ANN Models to Estimate Hydropower Potentials in Data Scarcity Situations. Iran-Water Resources Research, 3:12–24. (in Persian)

10- Delavar M., Morid S., and Nikbakht N. 2012. Distributed Snowmelt Simulation in Ungauged Mountainous Catchments, Case Study: Imamzadeh Davoud Catchment. Iran-Water Resources Research, 4:41–50. (in Persian with English abstract)

11- Derksen C., Walker A., and Goodison B. 2005. Evaluation of passive microwave snow water equivalent retrievals across the boreal forest/tundra transition of western Canada. Remote Sensing of Environment, 96:315–327.

12- Davis R.E., McKenzie J.C., and Jordan R. 2006. Distributed snow process modeling: an image processing approach. Hydrological Processes, 9:865–875.

13- Dong J., Jeffrey P., and Houser P. 2005. Factor affecting remote sensed snow water equivalent uncertainty. Remote Sensing of Environment 97:68–82.

14- Dziubanski D.J., and Franz K.J. 2016. Assimilation of AMSR-E snow water equivalent data in a spatiallylumped snow model. Journal of Hydrology, 540:26–39.

15- Fang H., Beaudoing H.K., Rodell M., Teng W.L., and Vollmer B.E. 2009. Global land data assimilation (GLDAS) products,services and application from nasa hydrology data and information services center (HDISC). P. 1–9. ASPRS 2009 Annual Conference. 8–13 March, 2009. Baltimore, Maryland, United States.

16- Fathzade A., and Zare Bidaki R. 2012. Estimating the Distribution of Snow Melt Equivalent at the Peak of Snow Accumulation, through Degree – Day Model. Iranian Journal of Soil and Water Research, 43:171–177. (In Persian)

17- Farokhnia A., and Morid S. 2014. Assessment of GRACE and GLDAS Capabilities for Estimation of Water Balance in Large Scale Areas, a Case Study of Urmia Lake Watershed. Iran-Water Resources Research, 1:51–62. (in Persian with English abstract)

18- Foster J.L., Hall D.K., Chang A.T.C., and Rango A. 1984. An overview of passive microwave snow research and results. Reviews of Geophysics & Space Physics, 22:195–208.

19- Foster J.L., Sun C., Walker J.P., Kelly R., Chang A., Dong J., and Powell H. 2005. Quantifying the uncertainty in passive microwave snow water equivalent observations. Remote Sensing of Environment, 94: 187–203.

20- Frei A., and Robinson D.A. 1999. Northern Hemisphere snow extent: Regional variability 1972–1994. International Journal of Climatology, 19:1535–1560.

21- Jiang L M., Wang P., Zhang L.X., Yang H., and Yang J.T. 2014. Improvement of snow depth retrieval for FY3B-MWRI in China. Science China Earth Sciences, 57(6):1278–1292.

22- Kawanishi T., Sezai T., Ito Y., Imaoka K., Takeshima T., Ishido Y., Shibata A., Miura M., Inahata H., and Spencer R.W. 2003. The Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System (AMSR-E), NASDA’s contribution to the EOS for global energy and water cycle studies. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41:184–194.

23- Kelly R.E., Chang A.T., Tsang L., and Foster J.L. 2003. A prototype AMSR-E global snow area and snow depth algorithm. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41:230–242.

24- Liang J., Liu X., Huang K., Li X., Shi X.b., Chen Y., and Li J. 2015. Improved snow depth retrieval by integrating microwave brightness temperature and visible/infrared reflectance. Remote Sensing of Environment, 156: 500–509

25- Li D., Durand M., and Margulis S.A. 2012. Potential for hydrologic characterization of deep mountain snowpack via passive microwave remote sensing in the Kern River basin, Sierra Nevada, USA. Remote Sensing of Environment, 125:34–48.

26- Lobl E., Spencer W.R., Shibata A., Imaoka K., Sasaki M., and Kachi M. 2002. Global climate monitoring with the Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR and AMSR-E). SPIE 3rd Int’l Asia-Pacific Environmental Remote Sensing Symposium, 23 October. 2002. Hangzhou, China.

27- Mir Yaghoobzadeh M.H., and Ghanbarpour M.R. 2010. Investigation to MODIS Snow Cover Maps Usage in Snowmelt Runoff Modeling (Case Study: Karaj Dam Basin). Journal of Geoscience, 76:141148. (in Persian)

28- Mizukami N., Perica S., and Hatch D. 2011. Regional approach for mapping climatological snow water equivalent over the mountainous regions of the western United States. Journal of Hydrology, 400:7282.

29- Mizukami N., and Perica S. 2011. Towards improved snow water equivalent retrieval algorithms for satellite passive microwave data over the mountainous basins of western USA. Hydrological Processes. 26:1991–2002.

30- Najafi M., Sharifi M.A., and Mokhtari E. 2011. Using GRACE satellite data for estimation of the total water level variation over Iran. Geospatial Engineering Journal, 1:110. (in Persian with English abstract)

31- Rasouli A.A., and Edhami S. 2008. Calculate the water equivalent of snow cover with image processing MODIS sensor. Geography and Development Iranian Journal, 10:2336. (in Persian)

32- Rodell M., Houser P.R., Jambor U., Gottschalck J., Mitchell K., Meng C.J., Arsenault K., Cosgrove B., Radakovich J., Bosilovich M., Entin J.K., Walker J.P., Lohmann D., and Toll D. 2004. "The Global Land Data Assimilation System. American Meteorological Society, 85(3):381394.

33- Snauffer A M., Hsieh W W., and Cannon A J. 2016. Comparison of gridded snow water equivalent products with in situ measurements in British Columbia, Canada. Journal of Hydrology, 541:714–726.

34- Takala M., Pulliainen J., Metsämäki S., and Koskinen J. 2009. Detection of Snowmelt Using Spaceborne Microwave Radiometer Data in Eurasia from 1979 to 2007. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 47:29963007.

35- Tedesco M., Kelly R., Foster J.L., and Chang A.T. 2004. AMSR-E/Aqua Daily L3 Global Snow Water Equivalent EASE-Grids. Version 2. [indicate subset used]. Boulder, Colorado USA: NASA National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center. doi: 10.5067/AMSR-E/AE_DYSNO.002.

36- Tedesco M., and Narvekar P.S. 2010. Assessment of the NASA AMSR-E SWE product. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 3:141–159.

37- Tekeli A.E., Akyurek Z.A., Sormanc A.A., Sensoyc A., and Sorman A.U. 2005. Using MODIS Snow Cover Maps in Modeling Snowmelt Runoff Process in the Eastern Part of Turkey. Remote Sensing of Environment, 97:216 230.

38- Tekeli A.E. 2008. Early findings in comparison of AMSR-E/Aqua L3 global snow water equivalent EASE-grids data with in situ observations for Eastern Turkey. Hydrological Processes, 22:27372747.

39- Tong J., and Velicogna I. 2010. A comparison of AMSR-E/Aqua snow products with in situ observations and MODIS snow cover products in the Mackenzie River Basin, Canada. Remote Sensing, 2:2313–2322.

40- Tong J., Dery S.J., Jackson P.L., and Derksen C. 2010. Snow distribution from SSM/I and its relationships to the hydroclimatology of the Mackenzie River Basin, Canada. Advances in Water Resources, 33:667677.

41- Yang D., Robinson D., Zhao Y., Estilow T., and Ye B. 2003. Streamflow response to seasonal snow cover extent changes in large Siberian watersheds. Journal of Geophysical Research, 108:7-1,7-14.

42- Yang G., Hongjie X., Ning L., Tandong Y., and Tiangang L. 2010. Toward advanced daily cloud-free snow cover and snow water equivalent products from Terra–Aqua MODIS and Aqua AMSR-E measurements. Journal of Hydrology, 385:2335.

43- Yang J., Jiang L., Menard C B., Luojus K., Lemmetyinen J., and Pulliainen J. 2015. Evaluation of snow products over the Tibetan Plateau. Hydrological Processes, 29(15): 3247–3260.