تعیین روش مدلسازی معکوس مناسب جهت استخراج پارامترهای کیفی آب دریای خزر با کمک داده های ماهواره ای

پایش ترکیبات کیفی آب در پهنه های آبی مثل کلروفیل-a، مواد معلق و مواد آلی زرد رنگ محلول در آب یک ضرورت شناخته شده برای متخصصین آب و محیط زیست است. اما بررسی تغییرات زمانی و مکانی ترکیبات کیفی آب با روشهای سنتی اندازه گیری میدانی، بسیار مشکل، وقت گیر و هزینه بر است. در چند دهه اخیر سنجش از دور به ابزار بسیار مفید و کارآمدی، در زمینه مطالعات کیفی آب تبدیل شده است. در حال حاضر تقریبا برخی از پارامترهای کیفی آب با این روش به طور معقول قابل اندازه گیری و کمی سازی هستند. با این وجود یکی از مهمترین چالشهای اصلی در سنجش از دور کیفی آب، یافتن و یا توسعه روشهای مدلسازی مناسب است به طوری که این روشها قادر باشند در پهنه های آبی مختلف پارامترهای کیفی آب را از تصاویر ماهواره ای با دقت معقول استخراج نمایند. در این پایان نامه عملکرد و دقت پنج مدل معکوس case 2 سنجنده meris، شامل megs، c2r، fubwew، alm و هیبرید alm-ann، در دریای خزر به منظور استخراج کلروفیل-a، رنگدانه کل، مواد معلق و مواد آلی زرد رنگ، با استفاده از داده های میدانی مورد ارزیابی و اعتبار سنجی قرار گرفت. نقش تصحیح اثرات مجاورتی با استفاده از پردازشگر icol ، بر میزان بهبود دقت مدلسازی این روشهای معکوس نیز در این منطقه بررسی شد. همچنین با استفاده از روشهای تجربی مختلف سعی شد الگوریتمهای مختلفی به منظور استخراج عمق سکی (شفافیت) از تصاویر meris توسعه یابد. در بخش ارزیابی مدلهای معکوس، انطباق داده ای میدانی با اطلاعات ماهواره ی بر اساس سه حالت مختلف برداشت اطلاعات (پیکسل مرکزی، میانگین 3x3 پیکسلی و میانه 3x3 پیکسلی) انجام شد. در این بخش، نتایج ارزیابی مدلهای معکوس در مورد استخراج کلروفیل-a و رنگدانه کل، نشان داد که بهترین مدل معکوس برای استخراج این پارامترهای کیفی در دریای خزر، مدل معکوس هیبرید alm-ann است. در مورد استخراج cdom، مدلهای معکوس را می توان به ترتیب اولویت به صورت alm، c2r، fubwew و megs رده بندی نمود. برای استخراج spm نیز نتایج ارزیابی مدلهای معکوس نشان داد، که مدل معکوس alm دارای بهترین عملکرد و مدل معکوس megs دارای ضعیف ترین عملکرد در مدلسازی spm در دریای خزر می باشند. همچنین نتایج ارزیابی مدلها در حالتهای مختلف پیکسلی نشان داد که میانگین جعبه پیکسلی 3x3، بهترین روش برای استخراج داده های کیفی از تصاویر ماهواره ای در مدلسازی chl-a، spm و cdom است. در مورد استفاده از پردازشگر icol، نتایج ارزیابی مدلها معکوس نشان داد که استفاده از این پردازشگر در مدلسازی کلروفیل-a و رنگدانه کل تنها باعث بهبود دقت مدلسازی alm می شود. در مورد مدلسازی cdom نیز استفاده از پردازشگر icol تنها باعث بهبود دقت مدلسازی c2r شده است. همچنین در مدلسازی spm، پردازشگر icol، دقت مدلسازی دو مدل c2r و fubwew را بهبود بخشیده است. از طرفی عملکرد مدلهای معکوس مختلف در راستای یک مقطع عرضی نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی نشان داد که هر پنج مدل معکوس تقریبا از رفتار مدلسازی مشابهی برخوردار هستند. با استفاده از این مقطع عرضی مرز بین آبهای ساحلی و آبهای آزاد نیز تعیین شد (حدود 8 کیلو متر). همچنین عملکرد دو مدل معکوس c2r و megs به منظور استخراج کلروفیل-a با استفاده از روابط بایو اپتیکال جدیدی که برای دریای خزر توسعه یافته بود، مورد ارزیابی و اعتبار سنجی قرار گرفت. نتایج اعتبار سنجی نشان داد که عملکرد مدل معکوس megs با استفاده از این روابط بایواپتیکال جدید، بهبود قابل ملاحظه ای یافته است. البته در مورد مدل معکوس c2r، اعمال این روابط جدید، تاثیر زیادی بر بهبود عملکرد مدلسازی کلروفیل-a نداشته است. نتایج قیاس این دو مدل اعتبار سنجی شده با مدل هیبرید alm-ann، بار دیگر نشان داد که مدل هیبرید alm-ann، بهترین مدل معکوس برای بازیابی کلروفیل-a در دریای خزر است. نتایج اعتبار سنجی با استفاده از روش shifting در مورد cdom و spm نیز نشان داد که این روش تاثیر قابل ملاحظه ای بر بهبود دقت مدلسازی مدلهای معکوس بخصوص c2r و alm دارد. در مورد مدلسازی عمق سکی با استفاده از داده های انعکاسی در toa و boa، نتایج نشان داد که روش رگرسیون خطی ساده می تواند مدل عمق سکی ساده و معقولی را برای دریای خزر ارائه نماید. با این وجود نتایج کلی مدلسازی عمق سکی بیانگر آن است که روش alm بهتر از بقیه روشهای تجربی است. سرانجام با استفاده از مدلهای معکوس مختلف، نقشه های توزیع مکانی غلظت ترکیبات کیفی آب در دریای خزر با استفاده از تصاویر meris تولید شد.