ذرات معلق آلاینده هوا، ممکن است باعث بروز اثرات شدیدی از قبیل ایجاد و یا تشدید بیماری های قلبی – عروقی و تنفسی گردند. مشخصه های نوری و فیزیکی هواویزها به کمک روش های میدانی و سنجش از دور، قابل محاسبه هستند. در روش های میدانی، غلظت آلاینده های هوا توسط ایستگاه های زمینی سنجش آلودگی هوا اندازه گیری می شود. تعداد این ایستگاه ها با توجه به وسعت شهرها، بسیار اندک بوده و از توزیع یکنواختی برخوردار نمی باشند. از این رو با توجه به در دسترس بودن امکانات ماهواره ای در کشور در سال های اخیر، نیاز به پایش و کنترل آلاینده های هوا، در سطح وسیع و با روش هایی که از سرعت و دقت بیشتر و هزینه ی کمتری برخوردار باشند احساس می شود. یکی از مهم ترین آلاینده هایی که پایش آن در جو توسط فناوری سنجش از دور میسر می باشد، غلظت ذرات معلق (pm10) با استفاده از تصاویر سنجندهmodis است. از این رو مدت هاست که کاربرد این سنجنده برای سنجش آلودگی ذرات معلق مورد توجه متخصصین و مدیران شهری قرار گرفته است. هدف این پژوهش، بررسی توانایی داده های سنجنده modis، در سنجش آلودگی هوا در مناطق شهری و تولید نقشه های روزانه آلودگی هوا با استفاده از این داده ها در محدوده طیفی مرئی و مادون قرمز میانی می باشد. برای این منظور از تصاویر ماهواره ای modis level 1b-1km و modis level 1b-250m و داده های mod04-level 2 برای مدل سازی استخراج اطلاعات از تصاویر ماهواره ای به همراه داده های حاصل از اندازه گیری در ایستگاه های زمینی سنجش آلودگی هوا برای انجام تحلیل های کیفی و کمّی این مدل ها در سطح شهر تهران، استفاده شد. نتایج نشان می دهند که بطورکلی، همبستگی نسبتاّ خوبی میان محاسبات سنجش از دوری و اندازه گیری های زمینی وجود دارد. این همبستگی مدل سازی گردید مدل مبتنی بر استفاده از تجزیه طیفی خطی برای تفکیک سهم دو عضو خالص می باشد که یکی بازتابندگی سطح و دیگری بازتابندگی ناشی از ذرات معلق است. در این رابطه اولی از تصاویر در یک روز پاک و دومی از یک روز کاملا آلوده که در آن سطح زمین دیده نمی شود استخراج شده است. نتیجه مدل سازی تشخیص کمّی آلودگی pm10 با دقت بالای 70 درصد و rmse معادل با 22/132در سطح شهر تهران بود. مقایسه rmse و مقادیر غلظت زمینی pm10 نشان داد که برای مقادیر غلظت pm10 (حدود 100 میکروگرم بر متر مکعب) درصد خطای مدل سازی بالا بوده و مدل در پیش بینی مقادیر مبالغه می کند، اما بطورکلی، وجود وابستگی میان محاسبات سنجش از دوری و اندازه گیری های زمینی، حاکی از قابل استفاده بودن تصاویر ماهواره ای در نظارت بر وضعیت آلودگی هایی از نوع ذرات معلق در مناطق شهری و با پوشش وسیع می باشد. همچنین در این پژوهش، منابع عدم قطعیت و پژوهش های آتی مورد بحث و نتیجه گیری قرار گرفته است.

وارونگی دمایی زمانی رخ می دهد که در وردسپهر تا ارتفاعی خاص، با افزایش ارتفاع، دما افزایش می یابد. از جمله مشخصه های وارونگی دمایی، قدرت و عمق وارونگی دمایی می باشد. قدرت وارونگی به اختلاف دمایی بین قله وارونگی و سطح زمین، اطلاق شده و ارتفاع متناظر با این اختلاف دمایی، عمق وارونگی نام دارد. راهکار رایج جهت تعیین این مشخصه ها، اندازه گیری های میدانی توسط رادیوساند است، که یک اندازه گیری نقطه ای از جو محسوب می گردد. هدف اصلی پژوهش حاضر تشخیص و مدل سازی وارونگی های دمایی با استفاده از داده های مادون قرمز سنجنده modis می باشد. به علت شایع بودن پدیده ی وارونگی دمایی در شهر تهران، ایستگاه هواشناسی فرودگاه مهرآباد تهران به عنوان منطقه ی مورد مطالعه انتخاب شد. با بررسی داده های رادیوساند طی سال های 2007 تا 2010 و احراز شرایط آسمان صاف، مجموعا 90 روز وارونگی تحت شرایط آسمان صاف مشخص شد. دمای درخشندگی برای همه ی باندهای مادون قرمز حرارتی سنجنده ی modis محاسبه شد. تفاضل دمای درخشندگی هر یک از باندهای مادون قرمز سنجنده ی modis از باند 31 که حساس به دمای سطح زمین می باشد، محاسبه شد. ضرایب همبستگی خطی بدست آمده بین اختلاف دمای درخشندگی زوج باندهای مذکور با عمق و قدرت وارونگی محاسبه شده از داده های رادیوساند بسیار ضعیف بود که می تواند ناشی از تغییرات زیاد محتوی بخار آب جو و قدرت وعمق وارونگی دمایی نسبتا ضعیف روی داده در تهران باشد. در ادامه ی روند تحقیق، عوامل موثر در افزایش ضریب همبستگی خطی بین اختلاف دمای درخشندگی زوج باندهای مذکور با عمق و قدرت وارونگی محاسبه شده از داده های رادیوساند مورد بررسی قرار گرفت. به همین علت با توجه به روی دادن وارونگی های عمیق و قدرتمند تر در منطقه ی کرمانشاه نسبت به تهران، این منطقه، به عنوان منطقه ی مورد مطالعه ی دوم انتخاب شد. طبق روال بیان شده برای تهران، 90 روز وارونگی تحت شرایط آسمان صاف، طی سال های 2007 تا 2008 برای کرمانشاه مشخص شد. افزایش ضرایب همبستگی محاسبه شده برای کرمانشاه نشان دهنده ی تاثیر عامل میزان قدرت و عمق وارونگی دمایی می باشد. جهت بررسی تاثیر میزان بخار آب موجود درجو بر ضرایب هبستگی، با توجه به آن که میزان بخار آب موجود در جو طی فصول سرد کم تر از فصول گرم می باشد، داده های کرمانشاه به دو دسته ی تمام فصول و فصول سرد تقسیم شدند. افزایش ضرایب همبستگی محاسبه شده برای کرمانشاه طی فصول سرد نشان دهنده ی تاثیر عامل میزان بخار آب موجود در جو می باشد. با توجه به عدم تبعیت مدل سازی وارونگی دمایی در تهران و کرمانشاه از یک رابطه خطی، جهت مدل سازی از مدل های ریاضی چند جمله ای برای هر منطقه به طور جداگانه استفاده شد. اختلاف دماهای درخشندگی زوج باندهای مذکور و عمق و قدرت وارونگی محاسبه شده از داده های رادیوساند، ورودی های چندجمله ای می باشند. به علت فضای جست و جوی بسیار بزرگ برای یافتن بهینه ترین مدل، الگوریتم ژنتیک به کار گرفته شد. با به کارگیری الگوریتم ژنتیک، یافتن مدلی با کم ترین جمله ی ممکن و بالاترین دقت محقق گشت. نتایج حاصل از ارزیابی مدل در منطقه ی ایستگاه هواشناسی فرودگاه مهرآباد تهران، تخمین قدرت وارونگی دمایی را با rmse برابر 66/0 سانتیگراد و برابر 60/0 و برآورد عمق وارونگی دمایی را با rmse برابر 31/46 متر و برابر 61/0 و نتایج حاصل از ارزیابی مدل در منطقه ی ایستگاه هواشناسی کرمانشاه، تخمین قدرت وارونگی دمایی را با rmse برابر 84/0 سانتیگراد و برابر 90/0 و برآورد عمق وارونگی دمایی را با rmse برابر 56/54 متر و برابر 86/0 نشان می دهد.

پهنه بندی گسیلمندی سطح یک نیاز مهم در سنجش از دور حرارتی می باشد. با داشتن مقادیر دقیق گسیلمندی، می توان دمای سطح را به طور دقیق مشخص نمود که در بسیاری از مطالعات زیست محیطی، اقلیمی، و مدلهای پیش بینی هوا کاربرد دارد. با توجه به اهمیت گسیلمندی سطح و دقت در برآورد آن، در این مطالعه به بررسی دقت در برآورد گسیلمندی برای دو سنجندهmodis و aster پرداخته شده است. برای اعتبار سنجی و بررسی دقت این دو سنجنده از مقادیر گسیلمندی اندازه گیری شده زمینی و آزمایشگاهی در 6 منطقه امریکای شمالی استفاده گردیده است. دراین تحقیق، گسیلمندی سنجنده aster از روش tes و محصولات گسیلمندی modis از دو نسخه041 و 005استخراج گردید. سپس اختلاف مقادیر به دست آمده با مقادیر زمینی محاسبه و آنگاه دقت نتایج به دست آمده از دوسنجنده در دو باند 8.5 و 11 میکرون برای تصاویر همزمان این دو سنجنده مقایسه شد. همچنین برای اطمینان بیشتر از نتایج و به منظور مقایسه دقت، از متوسط گسیلمندی به دست آمده توسط دو سنجنده در طول دوره زمانی و در محدوده 11 میکرون استفاده گردید. نتایج به دست آمده از تصاویر همزمان این دوسنجنده نشان می دهد که سنجنده aster درمحدوده 8.5 میکرون و درتمامی مناطق مورد مطالعه به طور متوسط از دقت بالاتری به میزان 4.6% نسبت به modis برخوردار است. همچنین در محدوده 11 میکرون، aster به طور متوسط درتمامی مناطق از دقتی در حدود 0.7% برخوردار بوده ولی سنجنده modis خطایی بالغ بر 1.2% را دارد. میزان خطا در سنجنده modis برای پوششهایی که گسیلمندی واقعی آنها نسبتا پایین باشد بیشتر نیز می گردد. در مجموع سنجنده aster نسبت به سنجنده modis نتایج قابل قبول تری ارائه می دهد. این یافته باید در زمان استفاده از گسیلمندی در مدلهای هواشناسی و در دیگر کاربردهایی که نیازمند گسیلمندی دقیق است مورد توجه قرار گیرد.

در این پژوهش به دنبال توسعه الگوریتم های ناحیه ای برای استخراج پروفایل های دما و رطوبت جو از تصاویر سنجنده modis هستیم. در این راستا تحقیقات مختلف انجام شده در زمینه استخراج پروفایل های جوی از داده های رایومتریک مورد بررسی قرار گرفته و با توجه به بررسی های انجام شده دو روش استخراج از طریق رگرسیون های آماری روش های فیزیکی برای پیاده سازی انتخاب شدند. سپس سعی در تنظیم این مدل ها برای یک اقلیم و یک منطقه خاص که ترجیحاً در آن ها داده های زمینی با دقت بالا و به تعداد کافی موجود باشد، گردید. جهت انجام پیاده سازی های مورد نظر در این پژوهش، پیاده سازی های انجام شده در آزمایش های مختلف این پژوهش با استفاده از اندازه گیری های ایستگاه های سینوپتیک فرودگاه مهرآباد، کرمانشاه و بندرعباس انجام گردید. همچنین جهت ارزیابی کارایی الگوریتم های مورد استفاده در این پژوهش از داده های کل ایستگاه های سینوپتیک موجود در ایران که در آن ها داده های رادیوساند بصورت نسبتاً مرتب جمع آوری می شود، استفاده گردید. برای دستیابی به اهداف پژوهش، آزمایش های مختلفی پیاده سازی گردید. در آزمایش اول و دوم، روش استخراج از طریق رگرسیون های آماری، که همان روش تولید محصول پروفایل های جوی modis است، به ترتیب برای استخراج پروفایل های دما و رطوبت پیاده سازی گردید. در این آزمایش ها برای جلوگیری از خطاهای وارد شده به مدل به دلیل استخراج ضرایب با استفاده از داده های جهانی، سعی در محاسبه این ضرایب در مقیاس محلی شده است. این روش در این تحقیق lsrpr نامیده شد و روش اصلاح شیب نیز برای بهبود کارایی آن مورد استفاده قرار گرفت. در آزمایش اول مقدار میانگین rmse بین دمای محاسبه شده از روش lsrpr پس از اصلاح شیب و اندازه گیری شده توسط رادیوساند، k 82/1 به دست آمد که این مقدار در مقایسه با مقدار محاسبه شده توسط محصول modis که 16/7 بود، بهبود قابل ملاحظه ای را نشان داد. همچنین این مقادیر در مورد پروفایل های رطوبت به ترتیب g/kg 71/0 و 21/1 بود که نشان دهنده بهبود دقت بود. در آزمایش سوم روش های فیزیکی استخراج پروفایل های جوی، پیاده سازی گردید. در این آزمایش از مقادیر محاسبه شده توسط روش lsrpr به عنوان حدس اولیه و روش drad استفاده گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که مقدار پارمتر chi2 در روش استخراج فیزیکی، حداکثر پس از 2 مرحله تکرار به کمتر از 1 رسیده و حداکثر پس از 6 مرحله به مقدار ثابتی همگرا گردید. در آزمایش چهارم روش lsrpr به دلیل کارایی و نیز سرعت نسبتاً بالا، برای تولید نقشه های همدما و هم رطوبت جو که برای پیش بینی های هواشناسی حیاتی هستند، به کار گرفته شده است. متوسط rmse بین پروفایل دمای استخراج شده از الگوریتم lsrpr و اندازه گیری های رادیوساند برای تمام ایستگاه های رادیوساند کشور 43/3 درجه کلوین و متوسط rmse بین پروفایل دمای استخراج شده از الگوریتم modis و داده رادیوساند برای تمام ایستگاه های کشور 66/4 درجه کلوین به دست آمد. همچنین این مقادیر برای پروفایل رطوبت به ترتیب 27/1 و 41/1 g/kg محاسبه شد. در آزمایش پنجم، به دلیل وجود منابع خطا و عدم قطعیت های مختلف در روش استخراج پروفایل از طریق رگرسیون های آماری، از الگوریتم ژنتیک برای بهبود دقت این مدل ها استفاده شده است. در این آزمایش دو روش که imga و tmga نامیده شد، پیاده سازی گردید. در روش tmga میانگین مقادیر rmse پروفایل دمای استخراج شده از الگوریتم با مقادیر حاصل از رادیوساند 92/2 کلوین به دست آمد، که این مقدار در مقایسه با محصول modis که مقدار rmse آن با اندازه گیری رادیوساند 94/6 بود، بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد. در روش imga که در فواصل ارتفاعی 500 متری میانگین گیری گردید، مقدار rmse بین نتایج به دست آمده با رادیوساند تا حد 34/2 محاسبه شد. در آزمایش ششم سعی در تنظیم مدل optran در مقیاس محلی و بهبود دقت محاسبه چگالی شار تابش با استفاده از مدل crtm داشتیم. در این آزمایش مقدار میانگین rmse چگالی شار محاسبه شده از مدل crtm با مقدار اندازه گیری شده در شب توسط سنجنده moids از ایستگاه سینوپتیک بندرعباس و آب های عمیق نزدیک به آن، 47/0 محاسبه گردید که با اعمال تصحیحات ارائه شده در این پژوهش این مقدار به 39/0 تغییر یافت. دمای درخشندگی میانگین معادل این چگالی شار ها نیز به ترتیب 45/6 و 27/5 درجه کلوین محاسبه گردید. آزمایش هفتم به ارائه روشی جهت محاسبه پارامترهای وارونگی جوی نظیر عمق و قدرت وارونگی با استفاده از الگوریتم ژنتیک پرداخته است. روش ارائه شده در این پژوهش برای ایستگاه سینوپتیک فرودگاه مهرآباد نشان داد که قدرت وارونگی دمایی با rmse، 6/0 سانتیگراد و عمق وارونگی دمایی با rmse، 59/45 متر قابل تشخیص است. این مقادیر برای ایستگاه کرمانشاه 03/1 سانتیگراد و 17/67 متر محاسبه گردید. همچنین بررسی های انجام شده در این پژوهش نشان داد که محصول پروفایل های سنجنده modis قادر به تشخیص وارونگی های جوی نبود. به طور کلی به نظر می رسد استفاده از داده های محلی و انجام مدل سازی در مقیاس محلی، می تواند منجر به افزایش دقت استخراج پروفایل های دما و رطوبت جوی شده و استفاده از الگوریتم های هوش مصنوعی نظیر الگوریتم ژنتیک نیز می تواند در این راستا راهگشا باشد. همچنین می توان با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک در تصاویر modis وارونگی های دمایی را تشخیص داد که این مهم با استفاده از محصولات پروفایل های جوی modis قابل تشخیص نیست.

فرونشست زمین، یکی از نتایج مصرف بیش از حد و سوء مدیریت منابع آب است که به علت فشردگی خاک ناشی از کاهش سطح آب های زیرزمینی رخ می دهد. در نیم قرن گذشته، پدیده فرونشست زمین در بسیاری از کشورها مانند ایالات متحده، ژاپن، مکزیک، ایتالیا، چین، تایلند و ایران پدیدار شده است، و متاسفانه دارای یک روند رو به رشد در کشور ما است. دشت قزوین، یکی از ثروتمندترین مناطق منابع آب و کشاورزی در غرب ایران است. متاسفانه، در سال های اخیر، دشت مورد نظر، افت شدید سطح آب های زیرزمینی و فرونشست زمین را به دلیل استفاده بیش از حد از آب های زیرزمینی برای مصارف کشاورزی و صنعتی تجربه کرده است. در این مطالعه، مدل عددی pmwin pro 7 (پردازشگر modflow برای ویندوز ) برای شبیه سازی کاهش سطح آب های زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفت. سپس، با توجه به نتایج مدل و مقادیر مشاهده شده افت آب در چاه ها، روش واسنجی برای مقادیر ضریب هدایت هیدرولیکی و ضریب ذخیره ویژه با استفاده از مدل عددی pest و نیز به طور دستی برای دوره مهر84 تا مهر 88 انجام شد. علاوه بر این، سطوح آب های زیرزمینی چاه های مشاهده ای تایید شد و با مجذور ضریب همبستگی (r2) و ریشه میانگین مربع خطا (rmse) به مدت دو سال از مهر 1388 تا مهر 1390 مورد صحت سنجی قرار گرفت. در نهایت، مدل برای پیش بینی کاهش سطح آب های زیرزمینی و به دنبال آن فرونشست زمین در دشت قزوین برای مدت 5 سال از سال 1391 تا 1395 مورد استفاده قرار گرفت. نتایج مدل در یک دوره 6 ساله، از سال مهر 1384 تا سال مهر 1390 مقدار فرونشست حداکثر را در حدود 52 سانتی متر نشان داد. همچنین، مناطق فرونشست بحرانی، شمال و جنوب شرقی و جنوب غربی دشت بود. در پایان، برخی از راهکارها، برای جلوگیری از کاهش سطوح آب زیرزمینی و فرونشست زمین در دشت قزوین ارائه شده است. برای واسنجی مدل، از داده های سطح آب اندازه گیری شده در بازه زمانی مهرماه 1384تا مهر ماه 1388 استفاده گردید و پس از صحت سنجی مدل (1389 تا 1390)، افت سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین با سه سناریو با این فرض ها که میزان تغذیه و برداشت مانند سال های قبل باشد، برداشت افزایش پیدا کند و برداشت کاهش پیدا کند طی دوره پنج ساله 1395-1390 پیش بینی گردید. نتایج حاصل از مدل سازی فرونشست زمین در دشت قزوین به شرح زیر می باشد: ? ت ناحیه های بحرانی فرونشست دشت ، درشمال و جنوب شرقی و جنوب غربی منطقه مورد بررسی دشت قزوین می باشد. ? میزان فرونشست در قسمت های مختلف، متفاوت می باشد. بیشترین میزان فرونشست در سال، حدود 7/8 سانتی مترباشد. ? تحلیل حساسیت مدل دشت قزوین نشان می دهد که مدل، نسبت به ضریب هدایت هیدرولیکی و ضریب آبدهی ویژه بیشترین حساسیت را دارد. ? نقشه پیش بینی فرونشست سطح زمین در سال 1395 نشان می دهد که همچنان فرونشست در حال پیشرفت است و چنانچه در برداشت بی رویه آب از منابع آب زیرزمینی اقدامات لازم صورت نگیرد، فرونشست زمین به طور روزافزون ادامه خواهد یافت. ? در فرضیه اول با احتساب ثبات تنش های وارده به آبخوان در طول پنج سال آینده ، مقدار بیشینه فرونشست، در دوره پنچ ساله 1395-1390 حدودا برابر 16 سانتی متر پیش بینی شد. ? در فرضیه دوم با فرض افزایش 20 درصدی پمپاژ چاه های بهره برداری در دوره پنج ساله 1395-1390، بیشینه فرونشست، 26 سانتی متر پیش بینی شد. ? در فرضیه سوم با فرض کاهش 20 درصدی پمپاژ چاه های بهره برداری در دوره پنج ساله 1395-1390، بیشینه فرونشست، 10 سانتی متر پیش بینی شد.