شبیه سازی تبخیر و تعرق و رطوبت خاک به منظور ارزیابی خشکسالی کشاورزی برای دوره های پایه و آتی به کمک تکنیک سنجش از دور

با افزایش جمعیت، کشاورزی و صنعت، تقاضا برای آب به تدریج در سراسر جهان افزایش یافته است. در حال حاضر، محصولات کشاورزی توسط شدت خشکسالی در اثر تغییرات آب و هوایی که به کمبود آب کمک می کند، آسیب دیده اند. خشکسالی اغلب با کمبود بارش از مقدار نرمال بوجود می آید و کشاورزی اولین بخش است که به علت وابستگی آن به منابع آب و حفظ رطوبت خاک در طی هفته های رشد گیاه تحت تاثیر خشکسالی قرار می گیرد. از آنجائی که بررسی خشکسالی کشاورزی بدون بررسی تغییرات تبخیر و تعرق و رطوبت خاک میسر نیست، لذا در این تحقیق، شبیه سازی تبخیر و تعرق و رطوبت موجود در خاک مزارع آبی و دیم دشت نیشابور به منظور ارزیابی خشکسالی کشاورزی دوره پایه و آتی به کمک مدل swap و الگوریتم بیلان انرژی سطح برای زمین(سبال) انجام شد. برای این هدف ابتدا مدل swap برای مزارع آبی و دیم با داده های اندازه گیری شده رطوبت سال زراعی 2009-2008 و داده های 2014-2013 واسنجی و صحت سنجی شد. برای ارزیابی الگوریتم سبال در سال های دارای داده اندازه گیری از مدل swap واسنجی استفاده شد. ضرایب تعیین 67/0 تا 91/0 بین الگوریتم سبال با مدلswap و روش های محاسباتی نشان داد که الگوریتم سبال قابلیت بالایی در تخمین تبخیر و تعرق دارد. تعیین تبخیر و تعرق واقعی با الگوریتم سبال و 70 تصویر سنجنده مودیس بین سال های 2000 تا 2014 انجام شد. همبستگی مدل swap با الگوریتم سبال در سال های فاقد داده اندازه گیری رطوبت با شاخص rmse برابر 47/1، 75/0 و 41/1 برای روزهای 135، 190 و 228 ژولیوسی، صحت رطوبت و تبخیر و تعرق حاصل از مدل swap را به تایید رساند. نتایج حاصل از مقایسه تبخیر وتعرق و شاخص پوشش گیاهیndvi نیز مشخص کرد پوشش گیاهی و تبخیر و تعرق با داشتن ضریب تعبین (908/0 (r2= همبستگی خوبی باهم دارند. در مرحله بعد، رطوبت و تبخیر و تعرق بوسیله مدل swap برای دوره پایه (2011-1992) در مزارع آبی و دیم شبیه سازی شد. با استفاده از رطوبت و تبخیر و تعرق هفته ای، شاخص کمبودرطوبت خاک و شاخص کمبود تبخیر و تعرق برای دوره پایه تعیین شد. به منظور تولید سناریوهای روزانه پارامترهای هواشناسی دوره های آتی با استفاده از داده های مشاهداتی(2011-1992) و مدل lars-wg، پارامترهای دما، بارش و تشعشع و بکمک روش فاکتور تغییر، پارامترهای رطوبت نسبی و باد ریزمقیاس شدند. سناریوهای روزانه هواشناسی دوره های آتی در مزارع آبی به کمک مدل هایhadcm3، echoam و cgcm3t47 و سناریوهای انتشار a2، b1 و a1b و در مزارع گندم دیم به کمک مدل hadcm3 و سناریوهای انتشار a2 و b1 تولید شدند. در دوره های آتی نسبت به دوره پایه، دما و رطوبت نسبی سالیانه به ترتیب افزایش و کاهش خواهد یافت. بارش سالیانه نیز در دوره آتی 2039-2020 و 2099-2080 نسبت به دوره پایه به ترتیب افزایش و کاهش می یابد. با استفاده از سناریوهای روزانه تغییراقلیم هواشناسی و داده های زراعی و آبیاری دوره پایه و به کمک مدلswap، رطوبت موجود در خاک و تبخیر و تعرق برای دوره آتی شبیه سازی گردید. در مزارع منتخب آبی دشت نیشابور به کمک رطوبت موجود در خاک عمق30 و 60 سانتی متر، شاخص کمبود رطوبت خاک و به کمک تبخیر و تعرق واقعی ومرجع، شاخص کمبود تبخیر وتعرق برای دوره آینده تخمین زده شد. در مزارع گندم دیم به کمک رطوبت موجود در عمق30 سانتی متر، شاخص کمبود رطوبت خاک در رطوبت30 سانتی متری خاک تعیین گردید و با شاخص های کمبود تبخیر وتعرق و بارش استاندارد شده مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد رطوبت اعماق 30 و 60 سانتی متر مزارع گندم فاروب و سلیمانی و جو در دوره های آتی نسبت به دوره پایه افزایش و در مزرعه ذرت کاهش خواهد یافت. تبخیر و تعرق همه مزارع آبی نیز در دوره های آتی نسبت به دوره پایه افزایش می یابد. میانگین شاخص کمبود رطوبت خاک عمق 30 و 60 سانتی متر در مزارع ذرت، گندم سلیمانی و جو تنش آبی را در دوره پایه و آتی تخمین می زند. میانگین شاخص کمبود تبخیر وتعرق نیز وجود خشکسالی را در مزارع گندم و جو در دوره پایه پایش و برای دوره آتی برآورد می-کند. همچنین تغییرات شاخص های کمبود رطوبت خاک در اعماق 30 و 60 سانتی متر مزرعه گندم سلیمانی و شاخص کمبود تبخیر وتعرق مزرعه ذرت در طی بیشتر هفته های پس از رشد، وجود تنش خشکی ناشی از کمبود رطوبت و نیازآبی گیاهان را نشان داد. سناریوهای انتشار a1b و a2 در دوره آتی2090 (2099-2080) نسبت به دوره پایه و دوره آتی2030(2039-2020)، مقادیر میانگین کمبود رطوبت خاک منفی و کمبود رطوبت خاک را مشخص می نمایند. نتایج مربوط به گندم دیم نیز حاکی از آن دارد که میانگین رطوبت عمق 30 سانتی متر و تبخیر و تعرق مزارع گندم دیم نیز در دوره های آتی نسبت به دوره پایه اندکی افزایش خواهد یافت. مقادیر کمبود رطوبت خاک در عمق30 سانتی متر و بارش استاندارد شده وجود خشکسالی را در مزارع گندم دیم برآورد می کند. شاخص کمبود رطوبت خاک درتمام هفته ها و شاخص کمبود تبخیر وتعرق در بیشتر هفته های پس از رشد گندم دیم در سطح پایین تر از صفر قرار گرفت. مقایسه شاخص هایsmdi-30 (کمبود رطوبت خاک در عمق -30سانتی متر) و کمبود تبخیر وتعرق با شاخص بارش استاندارد شده، همبستگی r2) برابر 59/0 تا 86/0) شاخص خشکسالی کشاورزی کمبود رطوبت خاک را با شاخص خشکسالی هواشناسی بارش استاندارد شده را نشان می-دهد. نتایج این تحقیق تنش خشکی را در بیشتر هفته های پس از رشد مزارع آبی و خشکسالی نسبتاً شدید را برای مزارع دیم برآورد می کند. همچنین هفته هایی در طول رشد که گیاه در دوره های آتی 2030 و 2090 دچار تنش آبی خواهد شد را مشخص می کند که با مدیریت صحیح آب آبیاری می توان از صدمه های ناشی از کاهش عملکرد محصول جلوگیری نمود.