پایش ماهواره ای دمای سطح زمین

دمای سطح زمین (LST) که عمدتا حاصل بازتابش پوشش های طبیعی شامل خاک، برف و پوشش گیاهی است از جمله متغیرهایی است که اطلاعات مفیدی را در رابطه با خصوصیات فیزیکی و شیمیایی زیر سیستم های زمین (هواکره، آب کره، خاک کره، گیاه کره و انسان کره) و فرآیند های آنها فراهم می کند. این نوع از دما تابعی از انرژی خالص در سطح زمین است که به مقدار انرژی رسیده به سطح زمین، گسیلمندگی سطح، رطوبت و جریان هوای اتمسفر بستگی دارد. دمای سطحی زمین در بسیاری از مطالعات علمی از قبیل اقلیم شناسی، هواشناسی، کشاورزی، هیدرولوژی، زمین شناسی و باستان شناسی به عنوان یک عامل مهم مطرح شده و از جمله پارامترهای مهمی است که میتواند نشان دهنده تغییرات در سطح زمین باشد. با تفسیر نقشه هایLST اطلاعات مفیدی در زمینه بررسی پدیده ‌های مختلف از جمله تجزیه و تحلیل جزایر حرارتی در کلان شهرها، تشخیص آنومالی‌ های حرارتی مربوط به زلزله، شناسایی منابع زمین‌گرمایی، پایش خشکسالی و آتش‌سوزی را می توان تهیه نمود.

فن آوری سنجش از دور با توجه به محدودیت دستگاههای زمینی برای اندازه گیری دمای سطح زمین در محدوده های وسیع، فناوری سنجش ازدور، به دلیل تولید داده های یکپارچه با تواتر زمانی بالا، ارزان بودن، به روز بودن و گستره محدوده تحت پوشش تصویربرداری، تنها روش برآورد دمای سطح زمین با قدرت تفکیک زمانی و مکانی مناسب است. در این زمینه الگوریتم های متنوع و متعددی برای برآورد و تعیین دما سطح زمین از ماهواره های مختلف و متنوع ارائه گردیده است و اساس این الگوریتم ها بر پایه فرضیات متنوعی از معادله تشعشعی استوار است. این الگوریتم ها را میتوان به سه دسته کلی روش های تک کاناله، روش های پنجره مجزا و روشهای چند زاویه ای تقسیم کرد که به استناد یافته های صورت گرفته توسط محققین، الگوریتم پنجره مجزا رایج ترین روش بوده و با استفاده از این روش میتوان برای حذف اثر جو و بهدست آوردن دمای سطح زمین با ترکیب خطی یا غیرخطی از درجه حرارت محدوده طیفی 11 تا 12میکرومتر استفاده کرد. همچنین این الگوریتم به دلیل عدم نیاز به اطلاعات دقیق درمورد پروفیل جوی و استفاده از دو باند حرارتی، دمای سطح زمین را با دقت مناسبی اندازه گیری می کند. باندهای حرارتی MODIS در محدوده طیفی 3.75 تا 14.235 (باندهای 36-20 به استثنا باند 26) میکرومتر نیز فعال هستند و این خود باعث می شود که در الگوریتم پنجره مجزا بتوان از داده های این سنجنده استفاده کرد. برای محاسبه LST ( دمای سطح زمین) پس از آماده نمودن تصاویر، پیش پردازش های لازم ازجمله زمین مرجع نمودن داده ‌های اپتیکی و حرارتی ماهواره‌ای سنجنده MODIS با قدرت تفکیک مکانی 1 کیلومتر و برآورد دمای درخشندگی برای باند های 31 و 32 این سنجنده صورت گرفت. با توجه به این موضوع که ابرها و آّبها دارای حرارت پایینی هستند و در نقشه های نهایی حداقل دما را به خود اختصاص میدهند لازم بود تا الگوریتم حذف ابر و آب بر روی تصاویر اعمال شود تا آستانه دمای سطح زمین مربوط به پدیده هایی باشد که در سطح زمین موجود هستند بنابراین ابر و آب از تصاویر حذف شدند و دمای سطح زمین با الگوریتمی که توسط کول و کاسیلیس ارائه شده بود محاسبه گردید.

ارزیابی دقت ارزیابی دقت و اعتبارسنجی دمای حاصل از داده های ماهواره ای اغلب چالش برانگیز بوده و در دهه های اخیر الگوریتم های متعددی برای بازیابی دمای سطح زمین از داده های حرارتی توسعه داده شده است، با این حال اعتبارسنجی دمای حاصل از این داده ها بدلیل برخی مشکلات چندان توسعه نیافته است. اما لازمه به کارگیری هر نوع اطلاعات موضوعی در مدل پردازی و تحلیل ها، آگاهی از میزان صحت و درستی آن است. با توجه به در دسترس بودن دمای عمق خاک در ایستگاه های سینوپتیک در هنگام عبور ماهواره، از این داده ها جهت ارزیابی دقت مدل استفاده شده و نتایج نشان داد که دمای سطحی محاسبه شده با الگوریتم پنجره مجزا در مقایسه با دمای خاک محاسبه شده از ایستگاه های مورد نظر اختلاف دمایی 1.5 الی 2 درجه سانتیگراد را نشان میدهد.