صفحه 2 از 2 نخستنخست 12
نمايش نتايج 11 تا 19 از 19

تاپیک: دورسنجی خاک ها و فرایندهای خاک

  1. #11
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    داده های رادار اطلاعات مفیدی از پستی و بلندی سطح زمین فراهم می کند. در محدوده موج کوتاه، ناهمواری سطح تابعی از طول موج، زاویه تابش و قطبیدگی سنجنده رادار است. یک سطح ناهموار در نظر گرفته می شود اگر:
    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    که در آن h تغییرات در ارتفاع سطح، لامبدا طول موج، و ? زاویه تابش رادار هستند (Dobson et al., 1995). Metternicht (1998) و Sano et al. (1998) روابط بین داده های رادار مانندJERS-1 و ناهمواری سطحی را مطالعه کردند.

  2. #12
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴- فرانگری فرایندهای خاک
    با پیشرفت برداشت داده های تکراری جهانی به وسیله ماهواره ها، در نقشه برداری می توان جنبه های پویای خاک را نیز در نظر گرفت. فرایندهای سطحی خاک در مقیاس های مختلف رخ می دهند و سبب تغییرپذیری شدید ویژگی های خاک و دشواری اندازه گیری آنها می شوند. فرایندهای کوتاه مدت می توانند روزانه یا فصلی باشند و دربرگیرنده تغییرات دما، چرخه های خیس – خشک شدن و بسیاری فرایندهای زیست شناختی باشند. فرایندهای میان مدت در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰ ساله بوده و عبارتند از فرسایش و نهشته شدن پرشتاب خاک، تراکم، شور شدن، اکسایش – کاهش (رنگ خاک)، تغییرات مواد آلی و فرایندهای چرخه ای بیوژئوشیمیایی. فرایندهای بلند مدت عبارتند از فرسایش، تشکیل کانی های ثانویه و هوازدگی فیزیکی و شیمیایی خاک که در بازه زمانی هزاران تا میلیون ها سال رخ می دهند. خاک به عنوان بایگانی چنین فرایندهایی عمل می کند که اغلب با تغییرات زیست محیطی در گذشته همراه بوده اند و شخص می تواند اقلیم گذشته سطح زمین را از ویژگی های کنونی خاک و با کمک ایزوتوپ ها تعیین کند (Scholes et al., 1995).داده های ماهواره ای در فرانگری فرایندهای کوتاه مدت و میان مدت خاک در مقیاس های مختلف بسیار مفید بوده و بخشی از طرح های مدیریت زمین و فعالیت های کاربری زمین را شامل می شوند. داده های ماهواره ای این فرصت را ایجاد می کنند تا با هدف عمومی کردن فرایندهای چشم انداز، ویژگی های خاک که تغییرات مکانی گسترده ای دارند، با تفکیک مکانی و پوشش مناسب یکپارچه شوند (Palacios-Orueta et al., 1999). اندازه گیری های ماهواره ای به ویژه از نواحی انتقالی حساس، که تغییرات سریع فرایندهای سطحی در پاسخ به تغییر اقلیم و فعالیت های کاربری زمین در آنها روی می دهد، ارزشمند است.


    ۴-۱- تغییر پوشش زمین و کاربری زمین

    پوشش زمین طی چرخه های طبیعی (خشکسالی، آتش سوزی، توالی نسل ها، سیل، فعالیت آتشفشانی) و فعالیت های انسانی مانند ترویج کشاورزی، مدیریت منابع طبیعی، شهرسازی، کشاورزی و چرای دام دچار تغییر می شود. دو برابر شدن جمعیت انسان طی نیم قرن گذشته پیامدهایی داشته است که از آن جمله می توان به تخریب منابع پایه خاک، تخریب محیط زیست و تاثیر بر سامانه های جهانی اشاره کرد (Spurgeon, 1993).
    تغییرات پوشش و کاربری زمین سبب تغییرات همزمان بسیاری از پارامترهای خاک می شوند که در نتیجه آنها، خاکی با ویژگی های متفاوت و نامرتبط با عوامل اولیه تشکیل خاک، حاصل می شود (Yaalon and Yaron, 1966). خاکها در توازنی پویا با محیط هستند و ویژگی های آنها، در اثر تاثیرات انسانی و تغییر اقلیم، همیشه در حال تغییر است. ویژگی های خاک انتقالی حاصل نمایانگر اثر جمعی همه فعالیت های کاربری زمین در مقیاس محلی و ناحیه ای در زمان حال و گذشته است.
    دو نوع اصلی تغییر کاربری زمین وجود دارد ۱- تبدیل (conversion) 2- تغییر (modification) (Turner et al., 1990). تبدیل کاربری زمین بسیار واضح و با دورسنجی به طور مستقیم قابل مشاهده است، مانند زمانی که یک رده کاربری زمین به رده دیگری تغییر داده می شود (برای مثال جنگل زدایی، شهرسازی، کشاورزی). تغییر کاربری زمین بسیار پنهان تر بوده و به تغییرات ایجاد شده در یک رده پوشش زمین یکسان گفته می شود، که از آن جمله می توان به باران اسیدی و تخریب زمین در اثر چرای بی رویه و برداشت بی رویه از درختان برای مصارف سوختی اشاره کرد. تغییر پوشش زمین اغلب فرسایش زمین را شتاب می بخشد که پیامد آن نابودی ماده آلی، ذرات ریز خاک، مواد مغذی و جوامع میکروبی موجود در خاک است (Schimel et al., 1985; Harper and Marble, 1988). بیش از ۶۰% سطح خشکی های جهان درجاتی از تبدیل های بزرگ مقیاس را نشان می دهند و یکی از اهداف مهم سامانه های سنجنده ماهواره ای تعیین نرخ تغییرات سطح زمین ناشی از فعالیت انسانی است که در محیط جهانی در حال وقوع است (Turner et al., 1995).
    مطالعات فراوانی وجود دارند که در آنها از دورسنجی برای تعیین و کمی سازی تغییر پوشش زمین استفاده شده است. (Adams et al. 1995) تاریخچه طیفی را از سری های زمانی تصاویر TM از جنگل آمازون نزدیک ماناوس که تحت تاثیر دامداری و رشد جنگل ثانویه شده بود، بررسی کردند. آنها تحلیل ترکیب طیفی را برای اندازه گیری تغییرات پوشش زمین بکار بردند. تغییرات در مقادیر کسری در یک تصویر و از یک تصویر به تصویر دیگر، بازتاب کننده فرایندهای بیوفیزیکی و اثرات انسان بر کاربری زمین بودند. ردیابی تاریخچه طیفی هر پیکسل به همراه محتوی مکانی آنها، روشی کارا برای فرانگری تغییر و فرایندهای سطح زمین فراهم کرد که نسبت به روش های صحرایی تنها امکان پذیرتر بودند. (Imhoff et al. 1997) با تلفیق تصویر نور شهرها در شب ازDMSP OLS (Defense Meteorological Satellite Program Operational Linescan System به همراه داده های سرشماری و یک نقشه رقومی خاک از سازمان خواروبار و کشاورزی ملل متحد (FAO) توانستند زمین های ساخته شده و اثرات آنها بر منابع خاک در آمریکا را بررسی نمایند. نتایج آنها نشان دادند که روند توسعه به گونه ای است که از منابع خاک پیروی می کند و در خاکهای بهتر کشاورزی، شهرسازی بیشتری انجام شده و برخی از انواع خاکها در اثر گسترش ناهنجار شهر از بین رفته اند.
    هم اکنون، توجه بیشتری به ایجاد دسته داده های جامع مبذول شده است تا تجربه های کنونی و گذشته کاربری زمین مستند شوند. برنامه تغییر پوشش زمین و کاربری زمین ناسا (LCLUC) و برنامه بین المللی ژئوسفر- بیوسفر (IGBP) از داده های پیشین MSS تا دهه ۱۹۷۰ برای تحلیل تغییر کاربری و پوشش زمین استفاده می کنند. گروه علمی زمین ابزار MODIS محصولات تغییر کاربری زمین و پوشش زمین را با تفکیک مکانی ۱ کیلومتر تهیه کرده است که فرایندهای تغییر پوشش زمین را در مقیاس جهانی رده بندی کرده است (Running et al., 1994). هر جا که تغییر شناسایی شود، انجام تحلیل بیشتری بر آن با کمک داده های ماهواره ای با تفکیک ریزتر امکان پذیر است. هر چند دورسنجی توانایی زیادی در فرانگری پوشش زمین، کاربری زمین و بی هنجاری های سطح زمین دارد، شناخت کمّی اندکی از چگونگی تاثیرات این تغییرات بر منابع خاک وجود دارد.


    ۴-۲- بیوژئوشیمی خاک

    علاقه زیادی به تحلیل اهمیت خاک به عنوان یک منبع یا انباره ای از گازهای گلخانه ای اصلی از جمله دی اکسید کربن، متان و اکسید نیتروژن (N2O) وجود دارد. بسته به شرایط محلی رطوبت، دما و کاربری زمین، خاکها می توانند گازهای گلخانه ای را به اتمسفر آزاد کنند و یا آنها را از اتمسفر گردآوری کنند. خاکها، همچنین، با آزاد کردن اکسید نیتریک و منو اکسید کربن، در چرخه جهانی ازن نقش بازی می کنند (Bouman, 1990). انباره جهانی کربن در خاک سومین انباره بزرگ جهانی، پس از انباره های اقیانوسی و زمین شناسی به شمار می آید که مشتمل بر کربن آلی و کربن غیرآلی خاک است (شکل ۱۱). مقدار کلی کربن خاک در حدود ۲۵۰۰ pg است که در حدود ۴ برابر از مقدار کربن درون گیاهان زنده و سه برابر از کربن موجود در اتمسفر بیشتر است (Post et al., 1982; Sundquist, 1993; Lal, 1998).


    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۱- انباره های اصلی جهانی کربن و شار سالیانه بین آنها (Lal, 1998)

    حتی در نواحی بسیار خشک، پوسته بیوژنیک ممکن است در سطح تشکیل شده و مقادیر قابل توجهی از ماده آلی را شامل شود (Johansen, 1993). از منظر پایداری جهانی، شناخت اینکه چگونه رابطه منبع – انباره در مورد خاکها می تواند توقیف کربن را کنترل و مدیریت کند و اثرات تغییر اقلیم را کاهش دهد، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.
    از گذشته، توسعه فنون دورسنجی برای فرانگری زمانی و مکانی تغییرات کربن آلی خاک در اکوسیستم های خشکی، چالشی سخت بوده است. برخی از فرایندهایی که در دینامیک کربن موثرند عبارتند از: تجزیه و کانی زایی مواد مغذی، شار حرارتی و آب در خاک و دینامیک پوشش گیاهی. متغیرهای وابسته ناشی از آنها عبارتند از داده های اقلیمی با پراکندگی مکانی (دما، بارندگی و غیره)، ویژگی های خاک مانند بافت، توپوگرافی و پوشش زمین و کاربری زمین. تبدیل زمین بیوژئوشیمی خاک (توزیع بافت ریشه، ورودی زائدات برگی، نرخ بازگشت ماده آلی) را تغییر می دهد و در زمان حاضر، تغییر کاربری زمین مسئول تقریبا یک سوم افزایش سالیانه پتانسیل گرم شدن جهانی است (Scholes et al., 1995; Jackson et al., 2000). با این وجود، تخمینی مطمئن از ذخیره خاکهای سالم و دست نخورده وجود ندارد و داده ها درباره نرخ تجزیه پس از آشفتگی در خاک در دست نیستند (Lal, 1998).

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]


    شکل ۱۲- محصول (الف) ماده آلی خاک و (ب) درصد آهن در داده های AVIRIS با استفاده از روش تحلیل ترکیبی متوالی یا نام تحلیل مرتبه بندی شده پیش زمینه/ پس زمینه (HFBA) (Palacios-Orueta et al., 1999).

  3. #13
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    فنون دورسنجی فراطیفی برای تحلیل کربن آلی در سطح چشم انداز کارا به نظر می رسند. Huete and Escadafal (1991) یک طرح تجزیه مدل ترکیبی ارائه کردند که با آن استخراج سیگنال ماده آلی از بین گستره طیفی وسیع خاک برهنه، میسر می شد. در طرح آنها برای متمایز کردن، طیف ویژه (eigenspectrum) شناسایی شده و بارهای اعمالی مناسبی (loadings) یافت می شدند که با درصد محتوی ماده آلی به خوبی مطابقت کنند. Palacios-Orueta et al. (1999) یک روش تحلیل ترکیبی متوالی که با نام تحلیل مرتبه بندی شده پیش زمینه/ پس زمینه (hierarchical foreground-background analysis) معروف است، را بکار بردند که در این روش بردارهای آموزش دهنده (training-vector) بدست آمده در آزمایشگاه برای استخراج ماده آلی خاک و منشاء آهن، در تغییر طیفی مورد استفاده قرار می گیرند (Smith et al., 1994). آنها یک فرایند مرتبه بندی شده دو مرحله ای را بر داده های فراطیفی AVIRIS، از دو حوضه آبریز در کوههای سانتا مونیکای کالیفرنیا، مورد آزمایش قرار دادند، که در این فرایند تفکیک انواع خاکها که در مرحله اول انجام شده بود، با به نقشه در آوردن تغییرات مکانی ویژگی های خاک در مرحله دوم ادامه یافت (شکل۱۲). تغییرات مکانی هر دو عامل ماده آلی و درصد آهن خاک، به طرز موفقیت آمیزی، در پیکسل های AVIRIS که به طور بخشی حاوی پوشش گیاهی بودند، مشخص شد.
    محدویت اصلی در برابر بررسی مستقیم کربن آلی خاک اینست که مشخصات بافتی یک خاک، رابطه بین ماده آلی خاک و انرژی بازتاب شده را تغییر می دهد و ویژگی های نوری مواد هوموسی در اقلیم ها و پوشش های مختلف زمین، تغییر می کنند (Baumgardner et al., 1970). Kimes et al. (1993) و Levine and Kimes (1998) با بکارگیری شبکه های عصبی و سامانه اطلاعات جغرافیایی، سعی کردند تا ویژگی های پیچیده خاک را با تصاویر ماهواره ای ارتباط دهند. رهیافت آنها بر مولی سولها آزمایش شد و قابلیت آن برای تخمین و ردیابی دینامیک کربن خاک و دیگر ویژگی ها به اثبات رسید. آنها رهیافت شبکه عصبی خود را بر حوضه آمازون نیز آزمودند. در این آزمون یک دسته محدود از ۲۰۰ خاک نمونه و داده های پوشش زمین مورد استفاده قرار گرفتند تا مدل شبکه عصبی برای شناسایی الگوها در تصاویر ماهواره ای آموزش داده شود و محتوی کربن آلی خاک در سراسر حوضه تعیین شود (شکل ۱۳).

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]
    شکل ۱۳- تحلیل کربن خاک در آمازون با استفاده از مدل شبکه عصبی که داده های زمینی را با تصویر AVHRR تلفیق کرده است.


    از مدلهای تعاملی برای تحلیل ناحیه ای ویژگی های اکوسیستم، برای کمی سازی ذخیره کنونی کربن خاک و پیش بینی تغییرات در کربن خاک به عنوان تابعی از تغییر الگوهای کاربری زمین و تغییر اقلیم، استفاده می شود (Parton et al., 1987; Paustian et al., 1997). ارزیابی دینامیک کربن حین تغییر کاربری زمین سهل و آسان نبوده و نیازمند آگاهی داشتن از تاریخچه کامل فعالیت های کاربری زمین در زمان و مکان است. انواع اطلاعات مورد نیاز عبارتند از: ۱- منطقه تحت تاثیر تغییر پوشش زمین ۲- محتوی کربن آلی خاک و مقادیر چگالی کل خاک برای خاکهای متفاوت تا دست کم عمق یک متر و ۳- کسر یا قسمت کربن آلی خاک که در اثر تغییر کاربری یا پوشش زمین از دست رفته است. همراه با پایگاه های داده های واضح از پوشش گیاهی، خاک، توپوگرافی، کاربری زمین و اقلیم، مدلهای شبیه سازی با مشارکت داده های ویژه ساختگاهی توسعه داده می شوند. پایگاه داده های مکانی از تجربه های مدیریت و کاربری زمین از داده های دورسنجی بدست می آیند که در آنها تجزیه مواد آلی، توازن آب و شار حرارتی بوسیله مدلهای شبیه سازی اکوسیستم تحلیل می شوند. فنون سامانه اطلاعات جغرافیایی ابزار لازم، برای سازماندهی چنین اطلاعات و تلفیق آنها با داده های دورسنجی، را فراهم می کند. Paustian et al. (1997) نتیجه گیری کردند که پیش بینی پاسخ کربن خاک به نیروهای تغییر اقلیم و تبدیل زمین، نیازمند پیش بینی بهتر از اثرات فعالیت های کاربری زمین، یکپارچه سازی موثرتر داده های دروسنجی در مدلهای اکوسیستم و مواجه کردن مدلهای اکوسیستم با مدلهای اقلیمی جهانی است (شکل ۱۴).

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۴- چارچوب تحلیل ناحیه ای برای پیش بینی دینامیک کربن خاک (Elliot and Cole, 1989; Paustian et al., 1997)


    (Asner et al. 1999) با تلفیق یک مدل فرایند بیوژئوشیمیایی سطح زمین (TerraFlux) با داده های دورسنجی و صحرایی قادر بودند تا تولید کربن در زیر و بالای سطح زمین را فرانگری کرده و تجمع کربن را در سطح کوههای جنوب غربی آمریکا تخمین زده و پیش بینی کنند. داده های ماهواره ای اطلاعاتی از پوشش زمین، تغییر پوشش زمین، چرخه فصلی شاخص مساحت برگی گیاهان چوبی، درصد قسمت پوشش سبز، زمان و بزرگی برگریزان، و تولید اولیه خالص فراهم کردند. نیمرخ فصلی شاخص مساحت برگی به آسانی با سنجنده های با تفکیک متوسط بدست می آید و تولید اولیه خالص و زائدات گیاهی را می توان با مدلهای ترکیب طیفی محاسبه کرد. کمی سازی پوشش زائدات گیاهی در بررسی جریان مواد مغذی، کربن، آب و انرژی در اکوسیستم های خشکی و همچنین برای ارزیابی پتانسیل فرسایش خاک اهمیت دارد (Aase and Tanaka, 1991; van Leeuwen and Huete, 1996; Nagler et al., 2000). تغییر در مقدار و ترکیب زائدات گیاهی می تواند سبب تغییر شار مواد مغذی و کربن درون اکوسیستم شده و در نتیجه ظرفیت تولید و تراتب کربن را تحت تاثیر قرار دهد.

  4. #14
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴-۳- رطوبت و خشکی خاک
    رطوبت خاک مولفه ای مهم از توازن جهانی آب و انرژی است که می بایست به عنوان یک متغیر در همه مدلهای چرخه ای آبشناختی، هواشناختی، رشد گیاه، بیوژئوشیمیایی و جوی در نظر گرفته شود. رطوبت خاک بر تقسیم شدن انرژی موجود در سطح به شارهای حرارتی محسوس و ناپیدا، و همچنین تقسیم شدن بارش به تبخیر و تعرق گیاه و رواناب سطحی، تاثیر می گذارد (Munro et al., 1998). مهمترین جنبه اینست که رطوبت خاک به عنوان یک تنظیم کننده رخداد، توزیع و مقدار بارش عمل می کند و در نتیجه نشانگری مهم از تغییر اقلیم است. برخلاف اهمیت متغیر رطوبت خاک در زمینه پیاده سازی مشاهدات رطوبت خاک، در مقیاس های زمانی و مکانی مناسب و مورد نیاز در مدلهای آبشناسی، اقلیمی و بیوژئوشیمیایی موجود، موفقیت کمی بدست آمده است (Sellers et al., 1995). هرچند محدودیت شدیدی در بکارگیری فنون دورسنجی برای بررسی رطوبت خاک وجود دارد، بدلیل پوشش مکانی و توانایی آن در یکپارچه سازی تغییرات مکانی درون یک منطقه که امکان مطالعات وابسته به مقیاس را فراهم می کند، استفاده از دورسنجی روند رو به رشد داشته است (Vinnikov et al., 1996).
    بنا به دلایلی چند، به نقشه در آوردن رطوبت خاک بسیار دشوار است. رطوبت خاک تغییرپذیری بسیار شدید مکانی و زمانی در سطح چشم انداز نشان می دهد، در حالیکه وابستگی های آن به مقیاس ناشناخته است. توزیع و مقدار آب ذخیره شده در خاک نه تنها با توزیع بارندگی تغییر می کند، بلکه به ویژگی های چشم انداز، از قبیل نوع خاک (بافت)، توپوگرافی و پوشش گیاهی وابسته است. تغییرپذیری مکانی و زمانی رطوبت خاک حتی در مقیاس های ریز نیز قابل توجه است که در اثر آن، اندازه گیری های درجا در خاک برای کالیبره کردن سامانه های دورسنجی بسیار مشکل است. گزارش پروژه جهانی رطوبت خاک (GEWEX) (Sellers et al., 1995) نتیجه گیری می کند که شبکه متراکم از نقاط که برای تشخیص رطوبت خاک در زمین مورد نیاز است، وجود ندارد و رطوبت خاک را هنوز نمی توان به عنوان یک متغیر قابل اندازه گیری در مقیاس های جهانی و ناحیه ای، در نظر گرفت.
    مسئله دیگر در بررسی رطوبت خاک اینست که رطوبت خاک نزدیک به سطح بسیار سریع تر از خاک عمیق تغییر می کند و لذا این مسئله سبب دشواری تشخیص درجه خیسی خاک از مشاهدات سطحی تنها، می شود. Idso et al. (1974) از اندازه گیری های بازتاب برای نمایش سه مرحله زمانی- مکانی خشک شدن استفاده کرد:
    مرحله ۱- سطح خاک مرطوب در معرض تبخیر
    مرحله ۲- انتقال بین خشک و مرطوب که طی آن آب موئینه زیرزمینی قادر نیست با سرعت کافی به سطح زمین حرکت کند تا مقدار آب لازم جهت تبخیر به جو را تامین کند.
    مرحله ۳- سطح خاک خشک با نرخ تبخیر کم و نسبتا ثابت


    در شرایط تمایل به تبخیر زیاد، یک خاک کم و بیش مرطوب می تواند در بخش سطحی، که اندازه گیری های نوری از آن انجام می شود، به سرعت خشک شود. از آنجا که فرایند خشک شدن خاک از جنبه مکانی یکنواخت نیست، هر سه مرحله خشک شدن می توانند در پاسخ کلی انرژی بازتاب شده و منتشر شده از اندازه گیری های دورسنجی، مشارکت داشته باشند.


    ۴-۳-۱- رهیافت های نوری و محدودیت ها
    در محدوده موج کوتاه طیف، ناحیه فروسرخ کوتاه (SWIR) نسبت به درصد رطوبت سطح بسیار حساس در نظر گرفته می شود، و باندهای TM 5 (1.55 تا ۱.۷۵ میکرومتر) و ۷ (۲.۰۸ تا ۲.۳۵ میکرومتر) نشانگرهای بالقوه آب در خاک محسوب می شوند. جذب آب در این دو باند را می توان به صورتی نسبتی به دیگر باندها و یا در ترکیبی خطی بیان کرد (Crist and Cicone, 1984; Levitt et al., 1990) و سپس آن را به درصد آب رده های بافتی مجزای خاک منتسب کرد (Musick and Pelletier, 1988). با این وجود، Huete and Warrick (1990) دشواری ارزیابی درصد آب خاک در سطح (۰ تا ۵ سانتی متر) با استفاده از باندهای رطوبتی TM یا با نشانگرهای مختلف رطوبت در شرایط نسبی پوشش گیاهی با پوشش کم (۱۰ تا ۲۰%)، را خاطر نشان کردند.
    یکی از رهیافت های غیرمستقیم برای اندازه گیری وضعیت آب در خاک، اندازه گیری انرژی فروسرخ حرارتی گسیل شده از پوشش گیاهی است. شاخص های تنش گیاه از قبیل شاخص رطوبت سطحی (SMI; Nemani et al., 1993) و شاخص کمبود آب (WDI; Moran et al., 1994)، با بهره گیری از اندازه گیری های شاخص های پوشش گیاهی و حرارتی در خاک و سطوح پوشیده، وضعیت رطوبت خاک را به صورت نرخ نقصان آب طی تبخیر، تخمین می زنند. زمانی که رطوبت خاک زیاد است، در یک شرایط آب و هوایی مشخص، گیاه قادر است تا آب را با بیشترین نرخ تعریق از دست بدهد. با خشک شدن خاک، استخراج آب مورد نیاز گیاه برای تامین تقاضای جوی دشوارتر می شود، و تعریق کاهش می یابد، در نتیجه دمای برگ این گیاهان در مقایسه با آنهایی که قادر به تامین آب فراوان هستند، بالاتر می رود.


    ۴-۳-۲- شاخص های خشکی
    ترکیب دمای سطح زمین (Ts) با شاخص های پوشش گیاهی (VIs) در فرانگری خشکی (خشکسالی) بسیار مورد توجه قرار گرفته اند (Nemami and Running, 1989). تعریف خشکی یا خشکسالی عبارتست از یک دوره طولانی از بارندگی ناکافی نسبت به میانگین آماری چندساله برای یک ناحیه. معیارهای مختلفی برای بررسی رخداد و گستره زمانی خشکی، بر پایه مشخصه های هواشناسی، آبشناسی، یا رطوبت خاک وجود دارند. خشکی هواشناسی معمولا مبتنی بر کاهش طولانی مدت بارندگی نسبت به شرایط عادی است. به عنوان یک مثال، شاخص خشکی پالمر که به طور هفتگی تهیه می شود، بوسیله مدیران آب و زمین برای ارزیابی تاثیر شرایط کمبود رطوبت بر چشم انداز مورد استفاده قرار می گیرد (Palmer, 1986). خشکی را می توان به صورت رطوبت ناکافی خاک جهت تامین نیاز پوشش گیاهی آن در یک زمان خاص طی چرخه رشد گیاهان، تعریف کرد. کمبود رطوبت خاک در دوره حساس از چرخه رشد می تواند به کاهش محسوس علف تولید شده و تولید خالص اولیه منجر می شود.
    Nemani et al. (1993) به طور عملی یک شاخص خشکی مبتنی بر داده های دورسنجی را بکار بردند که شاخص رطوبت سطحی (SMI) نام دارد. این شاخص مبتنی بر شیب AVHRR-NDVI و مقادیر بیشینه دما است. در این شاخص با استفاده از رهیافت VI-Ts (شاخص پوشش گیاهی- دمای سطح)، تعریق و تبخیر از گیاهان و خشک شدن خاک فرانگری می شود و شرایط کمبود آب در سطح در یک وضعیت مشخص از پوشش گیاهی بررسی می شود. بعدها Carlson et al. (1995) و Gillies et al. (1997) با بکارگیری فنون وارون سازی، رطوبت موجود خاک را از نمودارهای پراکندگی VI-Ts برآورد کردند. اخیرا، Nishida et al. (2002) شاخص رطوبت سطحی را تغییر بیشتری دادند و یک رهیافت VI-Ts، که تنها بر داده های ماهواره ای با تفکیک متوسط استوار است، توسعه دادند تا با کمک آن قسمت تبخیر نسبی (RE) را از خاک برهنه و پوشش گیاهی، درون پیکسل های مرکبی، متمایز کنند (شکل ۱۵).

    Moran et al., (1994) شاخص کمبود آب (WDI) را با کمک دمای سطحی منهای دمای هوا و یک شاخص طیفی پوشش گیاهی را تعریف کردند تا وضعیت نسبی رطوبت خاک را تخمین بزنند. شاخص کمبود آب، تغییرات دمای سطح ناشی از کمبود آب مورد نیاز گیاه در کاناپه های غیرکامل، را مد نظر قرار می دهد. الگوهای اختلاف دمای سطح منهای دمای هوا تابعی از مقدار پوشش گیاهی و وضعیت آب است که یک ذوزنقه را شکل می دهد (شکل۱۶). خط سمت چپ که از نقاط ۱ و ۳ تشکیل شده نشان دهنده شرایط فراوانی رطوبت خاک است، در حالیکه خط سمت چپ متشکل از نقاط ۲ و ۴ حالت خشک یا شرایط کمبود را نشان می دهد. با قرار گرفتن مقدار شاخص کمبود آب در سمت راست خط متشکل از نقاط ۱ و ۴؛ پوشش گیاهی تجربه شرایط تنش و کمبود آب را آغاز می کند (Clarke, 1997). خطوط پایین و بالا به ترتیب شرایطی خاک برهنه و پوشش گیاهی کامل را، در طیفی کامل از تغییرات رطوبت خاک، نشان می دهند.( Seiler et al. 1998) از یک شاخص پوشش گیاهی مبتنی بر AVHRR (VCI) همزمان با شاخص شرایط دما (TCI) استفاده کردند تا خشکی را آرژانتین شناسایی کنند. آنها قادر بودند ویژگی های مکانی خشکی را هم راستا با طول مدت و شدت، بررسی نمایند.

    با پیشرفت دورسنجی ماهواره ای و استفاده از هزاران اندازه گیری روزانه درجا از بارندگی، به شدت ظرفیت های فرانگری خشکی را بهبود داده است. (Palmer 1996) رابطه ای قوی بین الگوهای جهانی آنومالی دمای سطح دریا (SST) و فراوانی خشکی در ناحیه ساحل (Sahel) را گزارش کرد. (Los et al. 2001) از داده های ماهواره ای SST و NDVI بهره گیری کردند تا به طور عملی روابط مستقیم بین تغییرات دمای سطح آب در اقیانوس های اطلس و آرام را با الگوهای بزرگ مقیاس چرخش جوی، که شرایط مرطوب یا خشک را با خود می آوردند، نشان دهند. یکی از شگفت انگیزترین پیشرفت ها در کاهش اثرات خشکسالی را می توان دستاوردهای نوین در زمینه پیش بینی شرایطی که به خشکسالی منجر می شوند، دانست. مرکز پیش بینی اقلیم نوا (NOAA Climate Prediction Center) از مدلهای اصولی رایانه ای که داده های مربوط به شرایط زمین و اقیانوس را با جو بالای آنها ارتباط می دهند، برای پیش بینی دما، بارندگی، و رطوبت خاک، یک ماه پیش از موعد، استفاده می کنند.

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۵- تبخیر سطحی نسبی از خاک و پوشش گیاهی بدست آمده از تلفیق شاخص پوشش گیاهی (VI) و دمای سطحی (Ts). در این نمونه تولید شده MODIS از داده های AVHRR نوآ از سطح آمریکا استفاده شده است (Nishida et al.,


    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۶- ذوزنقه شاخص کمبود آب (WDI) تلفیق شده از شاخص دورسنجی پوشش گیاهی و داده های دما

  5. #15
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴-۳-۳- رهیافت موج کوتاه (مایکروویو)
    هم اکنون، شاخص های رطوبت خاک تقریبا به هنگام در سطح جهانی با استفاده از داده های موج کوتاه دورسنجی تلفیق می شوند، هرچند چنین شاخصهایی تنها می توانند مقداری تقریبی از رطوبت خاک بدست دهند و در مناطقی با شرایط رطوبت بالا، بیشترین کارایی را دارند. فنون دورسنجی موج کوتاه در استنباط رطوبت سطوح بالایی خاک در مناطق با پوشش تنک بسیار کارا بوده و برای سطوح زیرین خاک کمتر قابل اطمینان هستند (Choudhury, 1992; Jackson, 1993). هر دو رهیافت فعال و غیرفعال برای موج کوتاه وجود دارند که برای اندازه گیری رطوبت خاک قابل اطمینان به نظر می رسند (Engman, 1995). آزمایشات بسیار با کمک هواپیما و در صحرا نشان داده اند که یک رادیوسنج ۱.۴ گیگاهرتز، در شرایط مختلفی از پوشش گیاهی، به درصد رطوبت لایه خاک سطحی حساس است. Schmugge et al. (1992) با بکارگیری روشهای دورسنجی غیرفعال موج کوتاه، با موفقیت توانستند رطوبت خاک را در محدوده های گیاهکاری شده HAPEX, FIFE و موسمی، ۹۰ اندازه گیری کنند. آنها از یک رادیوسنج موج کوتاه در این مناطق استفاده کردند که فرکانس ۱.۴۲ گیگاهرتز را ثبت می کرد و در نتیجه آنها قادر بودند خشک شدن خاک را پس از بارندگی های سنگین مشاهده کرده و تغییرات آن را به نقشه درآورند.
    پوشش گیاهی به شدت بر علائم بازپراکنده شده و دماهای روشنایی تاثیرگذار است و کارهای بسیاری در جهت شناخت اثرات ناهمواری، پوشش گیاهی و توپوگرافی در حال انجامند تا علائم موج کوتاه را به نحو بهتری به درصد رطوبت خاک سطحی ارتباط دهند (Engman and Chauhan, 1995; Sano et al., 1998). پوشش گیاهی نه تنها تابش موج کوتاه را از سطح خاک کاهش می دهد، بلکه تابش خود را به آن اضافه می کند و در نتیجه از مدلهای پوشش گیاهی و همچنین شاخص های گیاهی در جهت تصحیح تابش های پوشش گیاهی استفاده می شود. با رادار شخص می بایست همچنین اثر ناهمواری خاک را علاوه بر اثر پوشش گیاهی تعیین کند. روشهای شناخت تغییر مانند تفاوت سین به سین در استخراج یا کمینه ساختن اثرات ناهمواری سطح و پوشش گیاهی، مفید بوده اند، چراکه آنها با سرعت کمتری نسبت به رطوبت خاک تغییر می کنند دهند (Engman and Chauhan, 1995; Sano et al., 1998).
    در یک طرح مشترک بین ناسا و آژانس اکتشاف فضایی ژاپن، رادیوسنج پیشرفته موج کوتاه EOS (AMSR-E) بر ماهواره آکوا، در ۴ می ۲۰۰۲ به فضا پرتاب شد. این رادیوسنج از نوع غیرفعال با زاویه دید به سمت جلو با ۱۲ کانال در شش فرکانس متمایز است که از ۶.۹ تا ۸۹ گیگاهرتز را شامل می شوند، و اطلاعات رطوبت خاک و پوشش گیاهی را با ارزش بالا، جهت استفاده در کاربردهای آب اقلیم شناسی فراهم می کنند. افزون بر رطوبت خاک، داده های AMSR-E می توانند ویژگی های ابر، نرخ بارندگی، پوشش برف و دمای سطح دریا را اندازه گیری کنند. ماهواره آکوآ در مدار همزمان با خورشید با زمان استوایی ۱:۳۰ بعد از ظهر قرار گرفته است و مشاهدات زمانی و مکانی رطوبت خاک را با شبکه زمینی اسمی ۲۵ کیلومتر تولید می کند. کمترین فرکانس AMSR و AMSR-E 6.9 گیگا هرتز است که داده های رطوبت خاک را به نواحی با پوشش گیاهی کم محدود می کند.
    سامانه های فرانگری رطوبت خاک در آینده، از ترکیب برخی مدلهای تخمین درجا و تخمین های حاصل از داده های دورسنجی استفاده خواهند کرد. این ترکیب، استفاده از ساختگاه های مرجع از انواع اصلی خاکها و داده های ماهواره ای و مدلهای سطح زمین، برای گسترش اندازه گیری های درجا به مناطق گسترده تر، را شامل می شود. مدلهای سطح زمین می توانند پوششی بزرگ مقیاس فراهم کنند که در اندازه گیری های زمینی غیرعملی است و می توانند نیمرخی کامل از اطلاعات فراهم کنند که دورسنجی نمی تواند شناسایی کند. طرح های پارامتری کردن سطح زمین (LSP)، برای تهیه دسته داده های بزرگ از رطوبت خاک و شارهای آب و انرژی مرتبط با آن، مورد استفاده قرار می گیرند. این مدلهای محاسباتی از طرح های ساده توازن ماده تا مدلهای پیشرفته، که اندرکنش غیرخطی بین فرایندهای تراکم و هواگیری خاک، شرایط کمبود رطوبت برای گیاه، دسترسی مواد غذایی، شیمی فتوسنتتیک و رقابت بین نسل های گیاهان را در نظر می گیرند، تکامل یافته اند (Sellers et al., 1995). با توجه به نقش اساسی رطوبت خاک در رطوبت سطح و توازن انرژی و تغییرپذیری همزمان با پیامدهای بعدی بر جو، ایجاد زیرساختی برای تخمین و مشاهده این مقدار، به طور عادی و عملی، از اهمیت خاصی برخوردار است (Entekabi et al., 1996).



    ۴-۴- فرایندهای نقصان خاک
    نقصان خاک یک مسئله اساسی زیست محیطی است که بر جنبه های حیاتی زیست محیطی از جمله امنیت غذایی، کاهش تولید، حفظ منابع طبیعی، از بین رفتن تنوع زیستی و تغییرات اقلیمی جهانی تاثیر می گذارد. نقصان زمین شرایطی را ایجاب می کند تا فرسایش خاک شتاب یافته و کیفیت منابع آب شیرین تنزل یابد، و سرانجام به بیابان زایی، که یک مسئله اصلی اجتماعی – اکولوژیکی در سطح جهانی است، می انجامد. تغییر بزرگ مقیاس سطح زمین به تغییرات مستندی در اقلیم ناحیه ای منجر شده است (مانند نقصان زمین در منطقه ساحلی آفریقا در چند دهه گذشته که به کاهش بارندگی انجامیده است) (Nicholson et al., 1998). Tucker and Nicholson (1999) با استفاده از مقادیر AVHRR-NDVI تغییرات در انبساط و انقباض بیابان در منطقه صحرا را در پاسخ به تغییر اقلیم، مشاهده کردند. کنوانسیون بین المللی مبارزه با بیابان زایی (CCD) بیابان زایی را به این صورت تعریف کرده است: “نقصان زمین در مناطق خشک، نیمه خشک و نیمه مرطوب ناشی از عوامل مختلف از جمله تغییرات اقلیمی و فعالیت های انسانی”. داده ها و اطلاعات کلی درباره درجه و گستردگی نقصان خاک و پیامدهای آن، به نسبت، ناشناخته باقی مانده است. نیازی فوری به توسعه یک بسته جامع از دستورالعمل ها و استانداردها برای بررسی نقصان خاک، در اثر فرایندهای مختلف، وجود دارد. با فراهم کردن فنون کمی و قابل تکرار برای فرانگری و بررسی گستره و شدت نقصان خاک، دورسنجی می تواند در این زمینه نقشی اساسی ایفا کند.

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۷- فرایندهای اصلی نقصان خاک (Lal, 1998).

    نقصان خاک را می توان از منظر اثرات نامطلوب بر کارکردهای مهم خاک، مانند حفظ قدرت تولید توده زیستی و تنوع زیستی و حفظ کیفیت آب و هوا از طریق فیلترکردن، بافرکردن، سم زدایی، و تنظیم چرخه های ژئوشیمیایی، مشاهده کرد (Lal, 1998). فرایندهای اصلی نقصان خاک، با اثرات نامطلوب شدید بر منطقه، را می توان به سه دسته فیزیکی، شیمیایی و زیست شناختی تقسیم کرد که عبارتند از: ۱- فرسایش خاک، ۲- تراکم خاک، ۳- تهی شدگی از مواد مغذی ۴- اسیدی شدن، ۵- کاهش مواد آلی خاک، و ۶- شورشدن (Lal, 1998) (شکل ۱۷). شدت نقصان خاک به طور عادی بر از دست دادن توانایی تولید، مبتنی است که می توان آن را بدین صورت تقسیم بندی کرد: ۱- نقصان اندک تا ناچیز یا بدون نقصان ۲- متوسط ۳- شدید ۴- بسیار شدید که از نظر اقتصادی نقصان غیرقابل بازگشت در نظر گرفته می شود (Lal, 1994).

  6. #16
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴-۴-۱- نشانگرهای نقصان
    از مشاهدات دورسنجی هوابرد یا فضابرد، با موفقیت، به عنوان نقطه آغازی برای فرانگری و کنترل نقصان و بیابان زایی استفاده شده است (Robinove et al., 1981; Mishra et al., 1994; Tripathy et al., 1996). نشانگرها و علائم هشدار دهنده اولیه فراوانی از نقصان خاک و بیابان زایی وجود دارند، که خود وامدار فرانگری مبتنی بر دورسنجی هستند. آنها عبارتند از : ۱- از بین رفتن پوشش گیاهی ۲- افزایش آلبدو ۳- فرسایش بادی و آبی ۴- زوال ساختار و پوسته خاک ۶- رطوبت کمتر خاک ۷- تغییر در مقدار اکسید آهن ۸- کاهش در مقدار ماده آلی ۹- تغییر در نوع پوشش سطح و گونه ها ۱۰- افزایش تغییرپذیری مکانی ویژگی های خاک ۱۱- فعالیت و حرکت ماسه ۱۲- افزایش منطقه رخنمون سنگی.
    واریانس مکانی و ناهمگنی یک منطقه به عنوان نشانگرهای حساس از پایداری چشم انداز بکار برده می شوند که افزایش واریانس بیانگر نقصان و فرسایش خاک است.( Pickup and Nelson1984) نشان دادند که تغییرات در واریانس پیکسل ها در منطقه ای در استرالیا به شدت وابسته به نقصان خاک بود. نقصان زمین به نابود شدن پوشش با قابلیت گیاهکاری و افزایش تغییرات مکانی ویژگی های طیفی خاک منجر می شود، زیرا لایه بالایی خاک از بین رفته و لایه های زیرین خاک رخنمون پیدا می کنند. در یک مطالعه بر منطقه آزمایش تجربی یورنادا در نیومکزیکو، که چرای بلندمدت دام، بیابان زایی را تسریع کرده است،۰( Schlesinger et al.1990) به یک افزایش در ناهمگنی مکانی و زمانی آب، مواد مغذی، و دیگر منابع خاک پی بردند. این شرایط برای هجوم بوته های بیابانی مطلوب است، که در پی آن منابع خاک محدودتری در زیر پوشش بوته زارهای بیابانی وجود دارد. در مناطق برهنه بین بوته زارها، مواد مغذی شسته شده و گازها طی فرسایش از دست می روند که در نتیجه پشتوانه ای در جهت بیابان زایی ایجاد می شود.


    ( Ghosh and Tripathy 1994) فرایندهای بیابان زایی را در نواحی خشک و نیمه خشک منطقه گولبارگا در هند با کمک داده های IRS-1A و تصاویر MSS (1984-1991) مورد پژوهش قرار دادند تا بیابان زایی را فرانگری کنند (جدول ۱). آنها آلبدو و NDVI چند زمانه و تصاویر تهیه شده از تغییر آلبدو را بررسی کردند، که به آنها کمک می کردند تا ساختگاه های بیابان زایی را شناسایی کنند. آلبدو به خوبی با عواملی چون فرسایش بالقوه خاک و شرایط کاهش رطوبت خاک مطابقت می کند. آنها از تخمین های بدست آمده از NNDVI درباره رشد گیاهان، به عنوان نشانگری از توده زیستی استفاده کردند.( Aguiar et al. 1998) با داده های AVHRR و MSS، نقشه هایی از بیابان زایی در ناحیه پاتاگونیای آرژانتین تهیه کردند. روش شناسی آنها ثبت داده های نقصان پوشش گیاهی و فرسایش آبی خاک، فرسایش بادی و پوسته شدن و تراکم خاک و شورشدن / قلیایی شدن را شامل می شد (Soriano, 1983). آنها پیشنهاد کردند تنوع چشم انداز در هنگام مدیریت منابع طبیعی حفظ شود و همزمان، مناطق نقصان یافته بازیابی شده و از چرای دام ها در مناطقی که بسیار متاثر شده اند، جلوگیری به عمل آید.


    در مطالعه زمین های کشاورزی رها شده در حوضه مانیکس بیابان محاوه،( Okin et al., 2001) نشان دادند که چگونه بوته زارهای مجاور که در مسیر باد قرار گرفته اند، تحت تاثیر ماسه های حمل شده توسط باد از زمین های متروکه قرار گرفته اند. این مسئله به کاهش چگالی بوته ها، تغییر در بافت خاک و افزایش آلبدو خاک منجر شده بود که آنها به خوبی با تصاویر فراطیفی AVIRIS، آن را به نقشه درآورده بودند (شکل ۸). همچنانکه آنها خاطر نشان کردند، در برخی موارد، زمینهای رها شده که بیشترین تخریب را متحمل شده اند، پوشش گیاهی بیشتری نسبت به محیط تخریب نشده اطراف دارند.


    ( Ghosh and Tripathy ۱۹۹۴) فرایندهای بیابان زایی را در نواحی خشک و نیمه خشک منطقه گولبارگا در هند با کمک داده های IRS-1A و تصاویر( MSS ۱۹۸۴-۱۹۹۱) مورد پژوهش قرار دادند تا بیابان زایی را فرانگری کنند (جدول ۱). آنها آلبدو و NDVI چند زمانه و تصاویر تهیه شده از تغییر آلبدو را بررسی کردند، که به آنها کمک می کردند تا ساختگاه های بیابان زایی را شناسایی کنند. آلبدو به خوبی با عواملی چون فرسایش بالقوه خاک و شرایط کاهش رطوبت خاک مطابقت می کند. آنها از تخمین های بدست آمده از NNDVI درباره رشد گیاهان، به عنوان نشانگری از توده زیستی استفاده کردند.( Aguiar et al. ۱۹۹۸) با داده های AVHRR و MSS، نقشه هایی از بیابان زایی در ناحیه پاتاگونیای آرژانتین تهیه کردند. روش شناسی آنها ثبت داده های نقصان پوشش گیاهی و فرسایش آبی خاک، فرسایش بادی و پوسته شدن و تراکم خاک و شورشدن / قلیایی شدن را شامل می شد (Soriano, 1983). آنها پیشنهاد کردند تنوع چشم انداز در هنگام مدیریت منابع طبیعی حفظ شود و همزمان، مناطق نقصان یافته بازیابی شده و از چرای دام ها در مناطقی که بسیار متاثر شده اند، جلوگیری به عمل آید.


    در مطالعه زمین های کشاورزی رها شده در حوضه مانیکس بیابان محاوه،( Okin et al., ۲۰۰۱) نشان دادند که چگونه بوته زارهای مجاور که در مسیر باد قرار گرفته اند، تحت تاثیر ماسه های حمل شده توسط باد از زمین های متروکه قرار گرفته اند. این مسئله به کاهش چگالی بوته ها، تغییر در بافت خاک و افزایش آلبدو خاک منجر شده بود که آنها به خوبی با تصاویر فراطیفی AVIRIS، آن را به نقشه درآورده بودند (شکل ۸). همچنانکه آنها خاطر نشان کردند، در برخی موارد، زمینهای رها شده که بیشترین تخریب را متحمل شده اند، پوشش گیاهی بیشتری نسبت به محیط تخریب نشده اطراف دارند.


    داده های دورسنجی برای تخمین آلبدو از نواحی گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند (Brest and Goward, 1987). Gutman (1988) یک روش شناسی برای بدست آوردن میانگین ماهیانه آلبدو از داده های AVHRR ارائه کردند. با این وجود بیشتر سامانه های سنجنده ماهواره ای تنها قادرند تا آلبدو سطحی را تقریب بزنند، چراکه زاویه راسی مشاهده و نمونه برداری طیفی آنها محدود است. با استفاده از باندهای طیفی باریک، Jackson et al. (1985) و Liang et al. (1999) روابطی تجربی برای بدست آوردن آلبدو از سطوح ناهمگن ارائه کردند. محصولات اندازه گیری مستقیم آلبدو سطح، با تفکیک ۱ کیلومتر، از سنجنده های MODIS و MISR که به ترتیب بر ماهواره های ترا و آکوآ قرار گرفته اند، در دسترس است (جدول ۲). این داده ها این فرصت را فراهم می کنند تا نه تنها تغییرات فصلی توازن انرژی تابشی فرانگری شود، بلکه بررسی اثرات نقصان و برهنه سازی زمین بر سامانه اقلیم را امکان پذیر می سازند. هر دو نوع آلبدو آسمان سیاه (black-sky albedo)، که نشان دهنده آلبدو جهت یافته – نیمکروی وابسته به زاویه راسی تابش خورشید است، و آلبدو آسمان سفید (white-sky albedo) یا بازتابش دو نیمکروی، در دسترس هستند.

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]


    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]

    شکل ۱۸- نقصان خاک در نزدیکی Nacunan Reserve ، مندوزا، آرژانتین که مقادیر بیشتر آلبدو را در مناطق به شدت نقصان یافته در الف) عکس هوایی، ب) تصویر فتوکرومیک ایکنوس و پ) تصویر رنگ مجازی ETM+ (باندهای ۳، ۴ و ۷) نشان می دهد.

  7. #17
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴-۴-۳- شورشدگی
    نقصان خاک مرتبط با افزایش غلظت نمک و قلیایی شدن خاک نمایانگر یک خطر زیست محیطی فزاینده است که به اکوسیستم های طبیعی و کشاورزی گسترده، و در پی آن به محیط های انسانی در حال پیشروی است (Scharpenseel et al., 1990). این مشکل عبارتست از تجمع نمکهای (کلریدها، سولفاتها، کربناتها) سدیم، منیزیم، یا کلسیم در منطقه ریشه، که طی حرکت رو به بالای نمکها در خاک، پس از تبخیر آب در سطح برجای باقی می مانند (شکل ۱۹). مشکلات پیچیده بسیاری از همراهی نمکها، خاکها و شرایط اقلیمی پدیدار می گردند، و بسیاری از ویژگی های خاک مانند pH، غلظت نمک، هدایت الکتریکی، و درصد سدیم قابل تبادل وجود دارند که وضعیت شوری خاک را تعیین می کنند. در نتیجه تغییرات در طیف های بازتابی خاکها را نمی توان تنها به یک ویژگی خاک منتسب کرد و هیچ باند جذبی باریک شناخته شده ای وجود ندارد که با وضعیت شوری مرتبط باشد (Szilagyi and Baumgardner, 1991).

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]
    شکل ۱۹- تصویر ASTER از ناحیه دلتای رودخانه کلرادو، مکزیک، که تجمع نمکها، ناشی از جریان کنترل شده رودخانه کلرادو بوسیله سدهای بالادستی، را نشان می دهد (۸ سپتامبر ۲۰۰۰) (NASA/GSFC/MITI/ERSDAC/JAROS and US/Japan ASTER Science Team).


    در مطالعات دورسنجی متعدد، نقشه برداری و فرانگری خاکهای متاثر از نمک با داده های MSS، TM و SPOT لحاظ شده اند (Szila´gyi and Baumgardner, 1991; Dwivedi, 1992; Dwivedi and Rao, 1992). Rahman et al. (1994) از تصاویر چندطیفی SPOT که به شاخص روشنایی (یک معیار از آلبدو) تبدیل شده بودند، استفاده کردند تا رده های شوری را به نقشه در آورند.( Csillag et al. 1993) پیشنهاد کردند که پتانسیل شناسایی طیفی وضعیت شوری با تصاویر فراطیفی وجود دارد. آنها از یک فرایند تحلیل گام به گام تغییریافته مولفه اساسی و تحلیل تابع تفکیک کننده برای انتخاب باندهای مناسب، برای به نقشه درآوردن شوری در دره San Joaqin، کالیفرنیا، و ناحیه تیزانتول در شرق مجارستان، استفاده کردند. بازه های طیفی کلیدی در محدوده مرئی (۵۵۰ تا ۷۷۰ نانومتر)، فروسرخ نزدیک (۹۰۰ تا ۱۰۳۰ نانومتر) و فروسرخ میانی (۲۱۵۰ تا ۲۳۱۰ نانومتر، ۲۳۳۰ تا ۲۴۰۰ نانومتر) از طیف شناسایی شدند، که از آن میان، آنها شش باند پهن را تشخیص دادند که تفکیک شوری را به شدت بهبود می بخشیدند. همچنین انگیزه هایی جهت شناسایی پوشش گیاهی مقاوم در برابر نمک به عنوان نشانگرهای مناطق متاثر از شوری – قلیایی وجود دارند.
    با وجود مطالعاتی که رابطه بین رطوبت خاک، شوری خاک، ناهمواری خاک و پوسته پوسته شدن خاک را اثبات می کنند، بکارگیری دورسنجی امواج کوتاه برای بررسی نقصان خاک با محدودیت مواجه است (Chanzy, 1993; King and Delpont, 1993). Metternicht (1998) از یک تصویر رادار دهانه ترکیب (SAR) برگرفته از ماهواره JERS-1، برای رده بندی و نقشه برداری از مناطق نقصان یافته در اثر فرایندهای شوری – قلیایی در بولیوی، استفاده کردند. Metternicht (1998) با استفاده از منطق رده بندی فازی، رده هایی پیوسته از شوری که به تدریج در سطح منطقه نقصان یافته به یکدیگر تبدیل می شدند، را به نحو واقعی تری تعریف کرد. چهار دسته فازی، غیرقلیایی، قلیایی، شور و غیرشور، بکار گرفته شد تا خاک متاثر از نمک، مطابق با دامنه تعریف شده توسط کارکنان آزمایشگاه شوری آمریکا، توصیف شود (Richards, 1954).
    ۱. Normal soil: electrical conductivity (EC) <= 4 dS/m and the pH < 8.5
    ۲. Alkaline soil: EC <= 4 dS/m and pH >= 8.5
    ۳. Saline soil: EC > 4 dS/m and pH < 8.5
    ۴. Saline–alkali soil: EC > 4 dS/m and pH >= 8.5


    مدیریت نمکها بدون نقصان در کیفیت آب فرودست، مسئله ای اساسی است به ویژه که در نواحی خشک، مقدار بالای نمک هم اکنون استفاده از سطح زیادی از زمین های آبیاری شده را با مشکل مواجه ساخته است. شناخت و تشخیص به موقع این فرایندها، نقش برجسته ای در پیشگیری و احیای نواحی متاثر از نمک ایفا می کند (Csillag et al., 1993). فعالیت های کاربری زمین ممکن است در جهت پیشرفت یا کاهش مشکلات نمک هدایت شده باشند و یا نباشند، و تعامل فعالیت های کاربری زمین با ویژگی های خاکهای متاثر از نمک، به ویژه ساختار خاک، یونهای جذبی، فعالیت میکروبی، ماده آلی و حرکت رطوبت در منطقه ریشه خاکها، ناشناخته باقی مانده اند.


    ۴-۵- فرایندهای فرسایش خاک
    یکی از اولین مشاهدات فضابرد با شاتل فضایی از جزیره( Great Red Island Bleeding Island) در ماداگاسکار انجام شد که در آنجا رسوبات خاک قرمز هوازده از چشم اندازهای بریده بریده شده، در مناطق جنگل زدایی شده ماداگاسکار، به وسیله رودخانه ها حمل شده و به کانال موزامبیک و اقیانوس هند ریخته می شوند (Wells, 1989). تنک شدن مناطق جنگلی در نتیجه قطع درختان، به منظور تامین سوخت روستاها در آفریقای نیمه خشک، همچنین، سبب افزایش فرسایش آبی – بادی شده که به همراه خشکسالی دائمی، مسئول جریانهای شدید حمل غبار آفریقا با نام طوفانهای شن هارماتان (Harmattan) هستند (شکل ۲۰). فلات لس چین که با رودخانه زرد زهکشی می شود، خاک را با نرخ سالیانه بیش از ۱۰۰ میلیون گرم بر هکتار (Mg/ha) از دست می دهد (Fu, 1989; Dazhong, 1993) (شکل ۲۱). به طور کلی، این بخش بارورتر بالایی خاک است که بیشتر در معرض فرسایش و رسوبگذاری در مسیرهای جریان آب قرار می گیرد و در نتیجه آن، زمین قابل کشت از بین می رود و مخازن سدها، از گل و لای انباشته می شوند. افزایش بار رسوبی همچنین به تغییر شرایط محیطی مناطق ساحلی منجر شده و به عنوان یکی عوامل بالقوه در سفید شدن و نقصان مرجان ها در نظر گرفته می شود (Holden and LeDrew, 1998). فرسایش خاک یکی از مهمترین فرایندهای سهیم در نقصان زمین در سطح وسیع به شمار می آید. فهم و دانش ما از نرخ جهانی فرسایش، حمل، و رسوبگذاری بسیار محدود است، و هنوز به توسعه پیوسته مدلهای موثر از چرخه های ژئوشیمیایی نیاز مبرم داریم.

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]
    شکل۲۰- تصویر ماهواره SeaWiFS با تفکیک یک کیلومتر، طوفانهای غبار صحرای آفریقا را نشان می دهد (۶ مارس ۱۹۹۸).

  8. #18
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    در ترکیب با عکس های هوایی و داده های زمینی، از داده های چندطیفی هوابرد و فضابرد به نحو چشمگیری برای به نقشه درآوردن و استخراج اطلاعات در مورد زمینهای فرسایش یافته استفاده می شود (Mathews et al., 1973; L’Vovich et al., 1990; Saha and Singh, 1991). معیارهای طیفی که به طور مستقیم نشانگر فرسایش خاک هستند عبارتند از تغییر در درصد ماده آلی، ترکیب معدنی، آلبدو، ناهمواری و ساختار خاک (Mulders, 1987; Irons et al., 1989). همچنین دورسنجی اطلاعات مکانی و زمانی فراهم می کند که می توانند با مدلهای فرسایش خاک، مانند معیارهای پوشش محافظ گیاهی، رطوبت خاک، کاربری زمین، داده های ارتفاعی رقومی و حمل رسوب تلفیق شوند. با ریزترین تفکیک، دورسنجی می تواند اطلاعات جزئی از عارضه های فرسایش خطی مانند دره ها و اشکال تلماسه ها فراهم کند (Alam and Harris, 1987; Bocco et al., 1990) در نتیجه دورسنجی پتانسیل خوبی برای تامین یک فن نقشه برداری سریع و هدفمند در اختیار دارد که می تواند به بررسی تغییرات مکانی اتلاف خاک در اکوسیستم ها کمک کند.

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]
    شکل۲۱- تصویر MODIS حمل رسوبات را در دهانه رود زرد در ۲۸ فوریه ۲۰۰۰ نشان می دهد. فرسایش خاک از فلات لس با نرخ بالا در حال افزایش است.


    فرسایش خاک معمولا در سه فاز دسته بندی می شود. ۱- تجزیه فیزیکی ذرات خاک، ۲- حمل ذرات خاک با آب و باد ۳- رسوبگذاری مواد خاک از جمله آنچه در تلماسه ها تجمع می یابد. فرسایش آبی و بادی فرایندهایی هستند که به سرعت جریان آب و باد بستگی دارند، و فرسایش زمانی رخ می دهد که خروجی رسوب بیش از ورودی باشد. فرسایش پذیری یک مکان به چندین عامل بستگی دارد که عبارتند ازفرسایش پذیری ذاتی خاک، گسترش پوشش محافظ روی سطح زمین، توپوگرافی، اقلیم و کاربری زمین.


    ۴-۵-۱- فرسایش بادی
    سه رده از حرکت ذرات بوسیله باد وجود دارد که به ترتیب با کاهش اندازه دانه ها عبارتند از خزش، جهش و غبار. هرچند سرعت باد عامل اصلی فرسایش است، در اثر رطوبت، بافت، ساختار و سنگریزه دار بودن خاک و پوشش گیاهی و فعالیت های کاربری های زمین، اندکی تغییر می کند. به طور کلی جهش در ذرات در حد ماسه رخ می دهد و می تواند به تشکیل و فعالیت تلماسه ها بیانجامد. تشکیل تلماسه ها می تواند با اقلیم گذشته مرتبط باشد و از تصاویر فضابرد می توان برای مطالعه روابط زمین – اقلیم استفاده کرد (Forman et al., 1992). فعال شدن مجدد تلماسه های پایدار، نشانه ای مهم از بیابان زایی است و علاقمندی زیادی در زمینه تشخیص تلماسه ها با این انگیزه وجود دارد. Blumberg (1998) داده های رادار دهانه ترکیب (SAR) را برای به نقشه درآوردن تلماسه ها و نوع تلماسه ها بسیار مفید یافت، چراکه در این داده ها، توانایی کنترل پارامترهای تابشی و تشخیص ناهمواری سطح وجود دارد. در مطالعه بیابانهای پوشیده از تلماسه در آمریکای شمالی، بولیوی، استرالیا، و نامیبیا، او دریافت که طول موجهای بلندتر، باندهای P و L در، به ترتیب، ۰.۶۸ و ۲۴ سانتی متر، بهترین تضاد را برای به نقشه درآوردن تلماسه ها به دست می دهند و کانالهای قطبی متقاطع برای جدا کردن تلماسه های فعال از غیرفعال بهترین نتیجه را ارائه می کنند.
    غبار می تواند تا ارتفاع نامحدودی در جو بالا رود و اثرات محیطی شدید بر اقلیم زمین باقی گذارد، همچنانکه اثراتی شدید بر رسوبگذاری در اقیانوس ها، تشکیل خاک، کیفیت آب زیرزمینی، و انتقال هوابرد بیماری ها دارد. بیشتر این غبار در مناطق خشک تشکیل می شود، بیابان صحرا بزرگترین تامین کننده غبار در جهان است، به نحویکه تخمین زده می شود سالیانه ۲۵ تا ۵۰ میلیون تن غبار را در سطح اقیانوس اطلس پخش کند (Goudie, 1978) (شکل ۲۰). Grigoryev and Kondratyev (1981) از مشاهدات ماهواره ای برای نقشه برداری از طوفانهای غربی و شمالی تولید شده در شمال آفریقا استفاده کردند. گستردگی تولید غبار به عوامل بیرونی متعددی بستگی دارد که از آن جمله اند، سرعت و تیرگی باد، و خود ویژگی های سطح مانند اندازه ذرات، ناهمواری، و ترکیب کانی شناسی (Gillette et al., 1980). در اثر تغییرپذیری زیاد زمین شناسی و ریخت شناسی منطقه، بیابان صحرا تغییرپذیری زیادی در ترکیب و مقدار غبار تولید شده بروز می دهد (شکل ۴). Escadafal and Callot (1991) ترکیب سرچشمه های غبار در بیابان صحرا را با نسبت های ساده باندی از تصاویر ماهواره ای TM، بررسی کردند. آنها قادر بودند که بر پایه پتانسیل خاکها از نظر کانی شناسی و اندازه ذرات برای تولید غبار، آنها را به پنج نوع سطح اصلی دسته بندی کنند. Husar et al. (2001) از تصویر SeaWiFS و یک شاخص آیروسل از سنجنده طیف سنج نقشه بردار کلی ازن (Total Ozone Mapping Spcetrometer)، برای تحلیل شکل گیری و الگوهای انتقال ابرهای غبار از بیابان گبی، که به نام غبار آسیایی نیز معروفند، استفاده کردند. ابرهای غبار آسیایی بر کیفیت هوا تا مصافتی دور چون ایالات متحده نیز تاثیر می گذارند و مشاهده شده است که آلبدو را در سطح خشکی و دریا بین ۱۰ تا ۲۰% افزایش می دهند.


    ۴-۵-۲- فرسایش آبی
    فرسایش آبی در پی از جای کنده شدن خاک در اثر ضربه قطرات باران و انتقال رسوب با جریان اندک بوجود آمده، رخ می دهد و معمولا با کمک پلاتهای کوچک صحرایی به مساحت تقریبی ۱۰۰ متر مربع اندازه گیری می شود. جریان روی زمین یا رواناب هنگامی آغاز می شود که بارش باران بیش از میزان نفوذ به خاک است. پیش بینی رواناب نیازمند دانش از ویژگی های خاک در رابطه با نفوذ آب و آگاهی از تغییرات زمان بارندگی است. برای کمک به تعیین نرخ های رواناب و فرسایش، اطلاعات رطوبت خاک و ظرفیت خاک برای نگهداری آب مورد نیاز هستند. تخمین عددی اتلاف خاک در اثر فرسایش آبی به سطح پلات محدود می شود و یا با کمک مدلهای تجربی، مانند رابطه جهانی اتلاف خاک (USLE) و رابطه اصلاح شده آن (RUSLE)، به زیرحوضه های آبریز کوچک قابل تعمیم است (Renard et al., 1991).
    A = R × K × L × S × C × P

    که A مقدار کل اتلاف خاک، R شاخص فرسایندگی باران، K عامل فرسایش پذیری خاک، L عامل طول دامنه، S عامل شیب دامنه، C یک عامل پوشش محافظ خاک، و P عامل مدیریت کاربری زمین هستند. Price (1993) مفید بودن داده های مکانی TM را در انتخاب عامل قابل اعتماد پوشش محافظ (C) برای مدل USLE در جنگل های سرو و صنوبر یوتا، به طور عملی نشان داد. عامل های طول دامنه و شیب دامنه را، بالقوه، می توان از داده های زوج تصویر اسپات با استر بدست آورد. تخمین عامل مدیریت کاربری زمین، مشکل ترین مورد بوده و برای تخمین ضرایب رواناب مورد نیاز است. سنجنده های با تفکیک مکانی بالا مانند آیکنوس و کوئیک برد، بالقوه، می توانند این اطلاعات را فراهم کنند.
    نتیجه مطالعات پلات کوچک را به سختی می توان به سطح حوضه آبگیر و حوضه آبریز تعمیم داد، چراکه ملزم به تغییرپذیری مکانی و زمانی در نمونه گیری هستند. فرایندهای فرسایش خاک و انتقال رسوب با مقیاس تغییر می کنند. در مقیاس حوضه آبریز به وسعت صدها هکتار، از بار رسوب معلق در مسیرهای جریان برای تخمین فرسایش خاک استفاده می کنند، در حالیکه نرخ های برهنه سازی را معمولا برای حوضه های رودخانه های بزرگتر (هزاران کیلومتر مربع) محاسبه می کنند.


    ۴-۵-۳- خاکهای زیرسطحی نمایان شده
    فرسایش خاک در زمانی که ویژگی های خاک زیرین در سطح نمایان می شود و بر ویژگی های بازتابی خاک سطحی تاثیر می گذارد، بسیار آشکار می گردد. بسیاری در زمینه روابط کلی بین ویژگی های خاک سطحی و زیرسطحی و علائم طیفی آنها، با هدف گسترش ویژگی های دریافت شده از دورسنجی سطح به عمق بیشتر، پژوهش کرده اند. چنین روابطی بکارگیری تصاویر ماهواره ای در جهت شناسایی خاکهای فرسوده شده، بعد از رخنمون لایه های زیرسطحی در اثر عملکرد آب یا باد، را امکان پذیر ساخته است (Agbu et al., 1990). با پیشرفت فرسایش، کانی شناسی و ویژگی های طیفی سنگ مادر بیشتر آشکار شده، در حالیکه ویژگی های نوری لایه بالایی سرشار از ماده آلی ضعیف تر می گردد. خاکهای خوب توسعه یافته بکر و سنگ مادر زیرین آنها دو انتها از طیفی را نشان می دهند که نسبت به آنها، درجات مختلفی از فرسایش خاک و نقصان زمین را می توان شناسایی کرد (De Jong et al., 1999; Hill et al., 1995). این ویژگی ها را می توان با تصاویر ماهواره ای و با استفاده از شاخص های طیفی و مدلهای ترکیبی فرانگری کرد.
    ( Seubert et al. 1979) و(Latz et al. 1984) رده های شدت فرسایش خاک را در توالی های توپوگرافیکی آلفیسول (Alfisol) با تصاویر MSS به نقشه در آوردند. آنها قادر بودند تا تغییرات درصد آهن در باند گسترده جذب آهن در ۰.۸۷ میکرومتر و همچنین تغییرات حاصل در شیب علائم طیفی را با افزایش عمق، که در ارتباط با ماده آلی و افزایش درصد اکسید آهن است، شناسایی کنند. (Frazier anf Cheng 1989) به طرز مشابه ای، بر تفاوتهای بین ماده آلی و اکسید آهن بر نقشه برداری فرسایش خاک در واشنگتن، اطمینان کرده و از نسبت های باندی TM استفاده کردند. (Pickup and Nelson 1984) از نسبت های باندی MSS برای نقشه برداری فرسایش خاک و رسوبگذاری در استرالیای مرکزی بهره بردند و تغییرات در چشم انداز خاک در اثر فرسایش خاک را مدل کردند (Pickup and Chewings, 1988). مطالعات دیگر نیز به طور عملی نشان داده اند که چگونه تغییرات در رنگ، روشنی و NDVI خاک سطحی برای مطالعات فرسایش خاک مفیدند (Dubucq et al., 1991; Escadafal, 1993). Galvao et al. (1997) با بکارگیری تحلیل مولفه های اصلی و شاخص های رادیومتری متنوع، از جمله یک شاخص قرمزی، خاکهای سرشار از هماتیت را از خاکهای سرشار از گوتیت در منطقه اکسیولز جدا کردند و داده های بازتاب طیفی را به افق های خاک سطحی و زیرسطحی نسبت دادند.


    ۴-۵-۴- عامل پوشش محافظ
    در حضور پوشش محافظ سطح، فرسایش خاک به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد که این پوشش عبارتست از گیاهان ایستا، گیاهان مجاور سطح (کوتاه)، پوشش تماسی متشکل از زائدات گیاهان و سنگ. پوشش خاک، با ممانعت در برابر برخورد قطرات باران به خاک که سبب کاهش انرژی جنبشی آنها پیش از رسیدن به خاک می شود، خاک را از فرسایش آبی حفظ می کند. پوشش تماسی نسبت به گیاهان ایستا در جلوگیری از جریان آب بر سطح زمین بسیار کاراتر است، در حالیکه گیاهان ایستا در برابر فرسایش بادی و اثر برخورد قطرات باران مانع ایجاد می کنند. به طور کلی هرگونه تغییر در سطح زمین که منجر به رخنمون بیشتر خاک با پوشش کمتر شود، در افزایش فرسایش خاک و حذف لایه ارزشمند بالایی خاک مشارکت دارد. پوشش گیاهی و زائدات گیاهی محافظ در فصل رشد بیشتر تغییر می کنند، و درجه فرسایش به مقدار آنها طی دوره های بیشینه بارندگی و فعالیت باد بستگی دارد.
    داده های ماهواره ای امکان تخمین سریع و مکرر مقدار پوشش گیاهی را فراهم می کنند. با کمک عامل محاسبه شده برای نگهدارندگی و ممانعت پوشش گیاهی P، De Jong et al. (1999)، نقشه های ناحیه ای از فرسایش را از طریق وارون کردن رابطه توانی بین نگهدارندگی و شاخص طیفی پوشش گیاهی (VI) تولید کردند.

    VI = a [1- exp (-bP)] + c

    که a, b و c ضرایب اختصاصی منطقه در مدل هستند. نقشه های فرسایش بدست آمده نسبت به نقشه های ساده حاصل از تعمیم اطلاعات بدست آمده از مطالعه فرسایش در پلاتهای کوچک، بسیار مفیدتر هستند. با این وجود، ممکن است چندین شاخص طیفی پوشش گیاهی، عامل پوشش گیاهی را به نادرستی برآورد کنند، چراکه آنها تنها به مقدار گیاهان سبز در سطح خاک حساس بوده و نسبت به گیاهان چوبی و یا پیر واکنشی نشان نمی دهند، در حالیکه این دسته از گیاهان نیز پوشش محافظی معادل گیاهان سبز برای خاک فراهم می کنند (De Jong, 1994). مدلهای ترکیب طیفی که داده های دورسنجی را به گیاهان سبز، خاک، گیاهان چوبی و سایه تقسیم بندی می کنند، برای این هدف مناسبترند (Smith et al., 1990; Roberts et al., 1993). Adams et al. (1995), Drake et al. (1999) و Asner and Lobell (2000) نشان دادند که این امکان وجود دارد تا گیاهان سبز و چوبی را همانند خاک با استفاده از مدلهای ترکیبی به نقشه در آورد (شکلهای ۶ و ۷). نقشه پوشش گیاهی سبز به عنوان ورودی به مدلهای توازن تبخیر- تعریق و آب؛ و نقشه پوشش گیاهی کل (سبز و چوبی) برای پیش بینی جریان آب بر سطح زمین و بررسی اثر برخورد قطره باران و آشفتگی باد مورد استفاده قرار می گیرند (Drake et al., 1995).
    به نحو مشابه، شن و سنگهای بزرگ در محافظت خاک از فرسایش مهم بوده و هیچ خاکی در مناطقی که رخنمون سنگی دارند، برای جدایش و انتقال وجود نخواهد داشت. ممکن است، فنون مدل ترکیب اطلاعات مفیدی در تخمین مقدار سنگ، شن و واریزه در سطح فراهم کنند که این از طریق تفاوتهای طیفی بین سنگ و خاک و یا با استفاده از عضو نهایی سایه، که می تواند به ناهمواری سطح نسبت داده شود، انجام می پذیرد. روشهای نوری – هندسی که از روابط BRDF، بافت و ناهمواری بهره می برند، می توانند در توصیف مقدار و اندازه مواد سنگی روی سطح خاک سودمند باشند.


    ۴-۵-۵- پوسته های خاک
    سه نوع کلی از پوسته های سطح وجود دارند ۱- پوسته های ساختاری خاک ۲- ورنی بیابان ۳- پوسته های زیست زاد. اولین مورد به سرعت شکل می گیرد، در حالیکه دو مورد دیگر به دوره های زمانی طولانی و شرایط محیطی خاص احتیاج دارند. بررسی وضعیت ساختاری خاک برای فرانگری فرایندهای نقصان خاک حیاتی هستند، چراکه این جنبه، کنترل کننده بسیاری دیگر از پارامترهای نقصان خاک است که از آن جمله می توان به نرخ های پایین نفوذ و افزایش رواناب و فرسایش خاک اشاره کرد. Ben-Dor et al. (1999) در مطالعه خود بر پوسته زایی، تغییرات طیفی قابل مشاهده ای را طی مرحله تولید پوسته ساختاری شناسایی کردند. ویژگی های نوری پوسته نسبت به توده خاک بسیار متفاوت است که ابزاری برای تعیین پوسته فراهم می کند.
    علامت طیفی پوسته های زیست زاد نیز متمایر بوده و قابل دورسنجی هستند (O’Neill, 1994; Karnieli and Sarafis, 1996) (شکل ۲۲). پوسته های زیست زاد خاک از سیانوباکتری ها، گلسنگها و خزه ها تشکیل شده اند. آنها نقش اکولوژیکی مهمی در زمین های خشک و نیمه خشک، از طریق پایدار کردن خاکهایی که با نبود آنها به سادگی فرسایش می یابند، افزایش نگهداری آب و برانگیختن توده زیستی گیاهی با ثابت کردن نیتروژن در خاک، ایفا می کنند (Harper and Marble, 1988; Metting, 1991; Johansen, 1993). رشته های سیانوباکتری ها یک شبکه پیچیده از فیبرها را پدید می آورند که ذرات خاک را به یکدیگر می چسباند و آنها را در برابر فرسایش آبی و بادی مقاوم می سازد. برخلاف پوشش گیاهان آوندی، این پوسته ها پوشش محافظی در طول سال و در شرایط متضاد (مانند خشکسالی) فراهم می کنند. در ناحیه فلات کلرادو جنوب شرقی ایالات متحده، پوسته های زیست زاد به خوبی گسترش یافته اند و ممکن است بیش از ۷۰% پوشش زنده زمین را شامل شوند (Belnap and Gardner, 1993). متاسفانه، این پوسته ها با روند فزاینده ای در نواحی وسیع از غرب ایالات متحده در حال تخریب اند که این مسئله ناشی از افزایش کاربری های تجاری و تفریحی است که به افزایش قابل توجه نرخ فرسایش بادی ناحیه ای منجر می شود (Benlap, 1995; Williams et al., 1995). شرایط خشکسالی طولانی نیز سبب تضعیف پوسته های زیست زاد می شود. چون بیشتر توده زیستی پوسته در ۳ میلیمتر بالای خاک تمرکز دارد، فرسایش بسیار اندک می تواند پیامدهای ناگواری برای پویایی اکوسیستم داشته باشد.
    خاکهای زیست زاد با کمک اطلاعات دورسنجی و با بهره گیری از استریوسکوپی تصویر و مدلسازی ترکیبی، با موفقیت به نقشه در آورده شده اند. بر پایه طیف کتابخانه مرجع، با استفاده از داده های AVIRIS، و مدلسازی ترکیب طیفی، Kokaly et al. (1994) با موفقیت خاکهای پوسته دار را از خاکهای معدنی و پوشش آوندی تفکیک کردند. Karnieli et al. (1999) دریافتند که پوسته خاک زیست زاد، به میزان چشمگیری در تضاد شدید مشاهده شده در داده های ماهواره ای از بیابان سینا – نجو، مشارکت دارند. بخش تیره تر نجو با پوسته های زیست زاد پوشیده شده که در شرایط بارندگی و خیس شدگی، فتوسنتتیک شده و علائم NDVI بالا تولید می کنند (شکل۲۲).

    [مشاهده ی لینک ها فقط برای اعضا امکان پذیر است. ]


    شکل ۲۲- پوسته های سطحی زیست زاد، علائم طیفی آنها و نمای با تضاد بالای آنها بین مناطق نقصان یافته و محافظت شده در مرز سینا – نجو

  9. #19
    مدیر مهندسی شیمی
    مدیر تالار گفتگوی آزاد
    آواتار P O U R I A
    رشته
    مهندسی شیمی
    تاريخ عضويت
    2011/10
    امتیاز
    33772
    پست ها
    26,019

    پيش فرض

    ۴-۵-۶- توپوگرافی
    توپوگرافی یک مهمترین مسائل در مطالعات فرسایش خاک است. Pilesj? (1992) یکپارچه سازی موثر دورسنجی با سامانه اطلاعات جغرافیایی را برای مطالعات فرسایش خاک در اکوسیستم های خشک و نیمه خشک به طور عملی نشان داد. مدلهای رقومی ارتفاعی برای استخراج ویژگی های مختلف ریخت شناسی دامنه ها، از جمله شیب دامنه، سیمای دامنه، سوی دامنه، نیمرخ، انحنای مماسی، بکار برده می شوند که همگی در مدلسازی جریانهای سطحی و پیش بینی رفتار آب شناسی سودمندند. به طرز مشابه،( Connors et al., 1987) نرخ های بالقوه فرسایش خاک را با رده بندی تصویر چندطیفی اسپات با اطلاعات شیب از مدل رقومی ارتفاعی، به نقشه درآوردند. دورسنجی می تواند اطلاعات توپوگرافی را به طور مستقیم فراهم کند، مانند تصویر زوج اسپات، که برای توسعه یک مدل رقومی ارتفاعی با تفکیک افقی ۱۰ متر و تفکیک فائم ۵ متر مورد استفاده قرار گرفته است (Case, 1989). Bocco et al. (1990) قابلیت تصاویر زوج استریو پن کروماتیک اسپات، برای نقشه برداری از دره ها و الگوی آبراهه ها در مکزیک، را به شکل عملی نشان دادند. سامانه های دورسنجی با قابلیت استریوسکوپی، مانند اسپات و استر، می توانند به نیاز شدید به توسعه داده های رقومی ارتفاعی با کیفیت یکسان و تفیکی بالا، پاسخ دهند. پایگاه داده های رقومی ارتفاعی GTOPO30 و همچنین پایگاه های داده های توپوگرافی جهانی تقویت شده در حال ساخت، که از مشاهدات ماهواره ای بدست می آیند، در مدلها و نقشه برداری فرسایش خاک، کمک شایانی خواهند نمود.


    ۴-۵-۷- مدلهای فرسایش
    مدلهای پیش بینی فرسایش خاک نیازمند اطلاعات مکانی و زمانی از متغیرهای کنترل کننده فرایند بوده، که برخی از آنها به آسانی با تصاویر دورسنجی فراهم می گردند. نمونه هایی از مدلهای فرسایش عبارتند از برنامه پیش بینی فرسایش آب (WEPP) (Nearing et al., 1989)، KINEROS (Woolhiser et al., 1990) و EUROSEM (Morgan et al., 1998). همزمان با نشر بیشتر این مدلها، دورسنجی نیز به عنوان یک منبع ارزشمند از اطلاعات مکانی و زمانی، از جمله توازن رطوبت خاک و نفوذ، رشد و تجزیه گیاهان، مقدار گیاهان و فیزیوگنومی و کاربری زمین، مورد بررسی و استفاده قرار می گیرد. این مدلها رواناب حاصل از بارندگی را با یک مولد اقلیم، پیش بینی می کنند. به طور کلی، ورودی های مدل را می توان بدین صورت رده بندی کرد: یک فایل اقلیم (باد، مقدار بارش، مدت زمان بارش)، یک فایل دامنه (هندسه دامنه)، یک فایل خاک (بافت، فرسایش پذیری، ویژگی های آبشناسی)، یک فایل پوشش گیاهی (گستره، ارتفاع، هندسه) و یک فایل کاربری زمین (پارامترهای وابسته به گیاه).
    De Jong et al. (1999) مدل فرسایش خاک برای ناحیه مدیترانه (SEMMED) را توسعه دادند تا نقشه های ناحیه ای فرسایش خاک را تولید کنند. این مدل تصاویر چندزمانی TM، تا ویژگی های پویای گیاهان را در نظر گیرد، یک مدل ارتفاع رقومی، برای متغیرهای توپوگرافی، لایه های GIS از توزیع مکانی ویژگی های خاک و مقدار محدودی داده های صحرایی فیزیک خاک، را یکپارچه می کند. برای هر سلول، ذخیره رطوبت خاک و ظرفیت نفوذ آب با کمک نقشه های خاک تعیین می شود، جریان های سطحی و جهت زهکشی با کمک مدل ارتفاع رقومی بررسی می شوند، و پوشش گیاهی و عوامل نگهدارنده از تصویر ماهواره ای استخراج می شوند. مدلهای فرسایش باد مشتمل بر سامانه تولید فرسایش باد (WEPS; Hagan, 1991) و CSIRO/CaLM of Wind Erosion (Shao et al., 1996) هستند. این مدلها تغییرات مکانی ویژگی های خاک، ناهمواری سطح، پوشش سطح و عوارض توپوگرافی را در نظر می گیرند. مدل CaLM به سامانه اطلاعات جغرافیایی متصل شده و برای بررسی و پیش بینی الگوهای فرسایش باد در استرالیا مورد استفاده قرار می گیرد.
    فرایندهای فرسایش خاک به شدت وابسته به مقیاس بوده و نیاز به روشهایی برای تعمیم نتایج آزمایشات در مقیاس پلات به چشم انداز، حوضه آبریز و حوضه رودخانه احساس می شود. به نحو مشابه، داده های بدست آمده از حوضه های رودخانه های بزرگتر را می بایست به مقیاس صحرا میان یابی کرد. دورسنجی و سامانه اطلاعات جغرافیایی، فرصتی را برای توسعه فنون مدلسازی و شبیه سازی توزیع شده پویا، برای مطالعه و مقایسه فرسایش خاک در مقیاس های مختلف و نابرابر فراهم می کنند. همچنین سامانه اطلاعات جغرافیایی، روشی را برای دخالت عوامل کاربری زمین و اجتماعی – اقتصادی، مانند فشار پارامترهای جمعیتی، در بررسی فرسایش ارائه می دهد (Lal, 1994). همانطور که در مطالعه Dazhong’s (1993) اشاره شده است، افزایش هشدار دهنده نقصان خاک در طی زمان از منطقه فلات لس های بادی چین پس از افزایش جمعیت منطقه بوجود آمد.


    ۵- پایگاه داده های منابع خاک
    همانطور که در این فصل مشاهده شد، داده های زمین مرجع خاک برای پاسخگویی به دامنه وسیعی از مسائل تغییرات جهانی و مسائل زیست محیطی جهانی مورد نیاز هستند (شکل۲). موجود بودن پایگاه های داده های خاک دائمی یکی از درخواست های فوری پروتکل کیوتو در مورد تغییر اقلیم بود، که نیازمند اطلاعات بروز، قابل اطمینان و در دسترس از شرایط زمین است. چنین اطلاعاتی برای شناخت و پیش بینی پاسخ خاک به تغییر اقلیم، مدیریت کاربری زمین و آزمایشات نیز مورد نیاز است. داده های مکان مرجع از خاک، همچنین، مقادیر اولیه برای بسیاری از مدلهای مبتنی بر فرایند را تامین می کنند؛ مدلهایی که به داده هایی از رطوبت، عمق، مواد مغذی و ظرفیت نگهداری آب خاک نیاز دارند.
    چند محدودیت در مورد داده های موجود کنونی از خاک وجود دارند. دسته داده های خاک معمولا مختص به کشورها بوده و هیچ مشخصه استاندارد شده ای در ارتباط با تجزیه خاک یا درباره تعیین پارامترهای مورد نیاز برای توصیف خاک وجود ندارد. دورسنجی این فرصت را فراهم می کند تا داده های موجود از خاک، به مناطق غیر قابل و یا دور از دسترس تعمیم داده شوند، و داده های خاک در طیفی از مقیاس ها، متراکم کرده و یا گسترش داد، چنانچه مورد نیاز مدلهای آبشناسی و اکوسیستم مانند GCM است.
    در سطح بین المللی، دو سیستم رده بندی وجود دارد، یکی راهنمای نقشه خاک جهان (۱۹۷۴) تهیه شده به وسیله سازمان خوار و بار و کشاورزی ملل متحد (FAO) (the Soil Map of the World; FAO, 1974) و دیگری تاکسونومی خاک متعلق به وزارت کشاورزی آمریکا (U.S. Department of Agriculture Soil Taxonomy; Soil Survey Staff, 1975). این مطالعات در برگیرنده توصیف خاک، آنالیزهای آزمایشگاهی، نقشه های رده بندی خاک و تفسیرهایی درباره مدیریت و کاربری زمین در اقلیم های غالب و تفسیرهایی از قابلیت های زمین هستند. FAO نقشه خاک جهان را در مقیاس ۱:۵۰۰۰۰۰۰ تهیه کرد، ولی این نقشه بیشتر کیفی و قدیمی بوده، زیرا مطالعات جدیدتری بر خاکها انجام شده و فنون اندازه گیری نو در دسترس قرار دارند. ناسا یک پایگاه داده از ویژگی های خاک با اندازه سلول شبکه ۱ درجه در ۱ درجه تهیه کرده است که اطلاعات بافت و فاز خاک و دامنه را شامل می شود (Zobler, 1986). پروژه پایگاه داده های رقومی خاک و سرزمین در سطح جهان (SOTER) که در مرکز مرجع بین المللی و اطلاعات خاک (ISRC) آغاز شد، قصد دارد تا اطلاعات در مورد داده های نیمرخ خاک و الگوهای خاک در مقیاس های متفاوت و تفکیک مکانی مختلف، را زمین مرجع کند (Batjes, 1990).
    با این وجود، کارهای بسیار بیشتری، در زمینه فرایند هماهنگ سازی این سامانه های اطلاعاتی خاک با یکدیگر، باقی مانده اند. به عنوان بخشی از پروژه برنامه یبن المللی ژئوسفر – بیوسفر (IGBP)، یک دسته داده خاک از سامانه EOS ناسا در حال ایجاد است تا داده های خاک را بر یک مبنای تکرارپذیر، به همراه توابع پدوترانسفر قابل کاربرد در سطح جهان، با یکدیگر تلفیق و یکسان کند که در نتیجه، تبدیل یک پایگاه داده های جهانی پدون به ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک امکان پذیر می شود (Scholes et al., 1995). توابع پدوترانسفر، استنتاج داده های ثانویه از داده های خام نیمرخ خاک؛ برای مثال، تبدیل داده های مشاهده شده اساسی از ویژگی های خاک مانند توزیع اندازه ذرات، به ویژگی های استنباط شده، مانند منحنی نگهداری آب، یا مقادیر محاسبه شده، مانند چگالی کربن، را امکان پذیر می سازند.


    ۶- نتیجه
    مطالعات بسیار انجام شده، نشان داده اند که دورسنجی قابلیت و ظرفیت بالایی برای فراهم کردن داده های پرکیفیت با توزیع مکانی لازم، با مبنای تکرارپذیر جهت فرانگری منابع خاک، دارد. دورسنجی چندطیفی، با قابلیت همدید آن، ابزاری مفید برای تقویت تفسیر الگوهای چشم انداز و تخمین ویژگی های خاک، نشان داده شده است. با این وجود، بر خلاف قابلیت های اثبات شده فنون دورسنجی برای مطالعات خاکشناسی، در بیشتر مناطق جهان، استفاده از داده های دورسنجی برای نقشه برداری خاک به امری متداوم تبدیل نشده است (Irons et al., 1989). بخشی از این مسئله به دلیل محدودیت های ذاتی اندازه گیری های دورسنجی، مانند حساسیت به تنها لایه بالایی خاک و ماسک دار شدن گسترده در اثر پوشش گیاهی است. همچنین دشواری هایی از نظر هزینه، دسترسی و محاسبات در بکارگیری عملی داده های دورسنجی برای مدیریت منابع خاک وجود دارند. انتظار می رود، با یکپارچگی بیشتر در مطالعات زیست محیطی و دسترسی به داده های ماهواره ای به صورت کم هزینه تر و کاربر پسندتر، این شرایط تغییر کنند.
    دورسنجی ممکن است تنها به بیرونی ترین سطح حساس باشد، اما این لایه پویاترین محیط میانی از نظر زیست شناختی و آب شناختی است، چراکه به تغییرات اقلیم و اعمال فشارهای بشری پاسخ فوری می دهد. سنجنده های پرشماری طی سالهای اخیر به فضا پرتاب شده اند و موفقیت زیادی در فراهم کردن اغلب مشاهدات مکانی و زمانی لازم از سطح خاک، در مقیاسهای مختلف، کسب کرده اند. برای مثال، انتظار می رود سنجنده های چند زاویه ای که اخیرا به فضا پرتاب شده اند، سهم بزرگی در مطالعات خاک از راه دور، از طریق فراهم کردن اندازه گیری های ریخت شناسی قابل اطمینان، مانند اندازه گیری ارتفاع در مقیاس پیکسل و اندازه گیری های بافتی در مقیاس کوچکتر از پیکسل، داشته باشند. قابلیت های تازه ای نیز برای مطالعات فرایندهای خاک در راه هستند که یکپارچه سازی مدلهای فرایند زیست محیطی، داده های اقلیم، تعاملات انسانی و سامانه اطلاعات جغرافیایی را با داده های دورسنجی، امکان پذیر می سازند. در نتیجه تلاش زیادی برای پر کردن فاصله اجتماعی بین دورسنجی و جوامع محافظت از آب و خاک، به صورت توانایی های گذشته و نیازهای آینده، در حال انجام است. از دیدگاه ناهمگنی چشم اندازهای خاکی و نیاز به استنباط ویژگی های خاک در عمق از روی داده های سطحی، چالش دانشمندان خاک تعیین کاراترین فرایندهای تحلیل داده برای استفاده موثر از داده های دورسنجی است.
    برای پیشبرد فهم ما از نقش خاکها در سامانه زمین، داده های دورسنجی را باید به نحو بهتری در مطالعات مربوط به فرایندهای سطحی زمین و خاک، مشارکت داد. فرانگری بزرگ مقیاس در بررسی فرایندهای چشم انداز از جمله تغییر اکولوژیکی و نقصان زمین، بسیار حیاتی است. نیازی فوری به کمی سازی و تبیین پاسخ های فیزیکی، شیمیایی، و زیست شناسی خاک با تغییر اقلیم، کاربری زمین و آشفتگی های انسانی وجود دارد. دورسنجی و سامانه اطلاعات جغرافیایی نقشی مهم در افزایش درک ما از مقیاس های پیچیده مکانی و زمانی، که مشکلات زیست محیطی را مشخص می کنند، و در ترکیب مدلهای اکوسیستم با مدلهای فیزیکی و مدلهای اجتماعی – اقتصادی، جهت تولید مدلهای تعاملی علم سامانه زمین که در آنها خاک یک مولفه اصلی است، بر عهده دارند (Schimel et al., 1991).

صفحه 2 از 2 نخستنخست 12

تاپیک های مشابه

  1. [تصاویر علوم خاک] عکسهایی از علوم خاک
    توسط افشین باتمانی در تالار عکس های مهندسی کشاورزی
    پاسخ ها: 3
    آخرین ارسال: 2013/12/11, 03:52 PM
  2. پاسخ ها: 0
    آخرین ارسال: 2013/12/07, 06:58 PM
  3. دانلود مقاله مکانیک خاک درباره تزریق در خاک ها - تزریق ارتعاشی
    توسط arghavanii در تالار مقالات مهندسی عمران
    پاسخ ها: 0
    آخرین ارسال: 2012/9/14, 05:36 PM
  4. دانلود مقاله مکانیک خاک درباره تزریق در خاک ها
    توسط arghavanii در تالار مقالات مهندسی عمران
    پاسخ ها: 0
    آخرین ارسال: 2012/9/14, 05:28 PM
  5. آشنايي با بيل هاي خاك انداز Lhd
    توسط morteza_420 در تالار ماشین آلات و تجهیزات معدن
    پاسخ ها: 3
    آخرین ارسال: 2011/6/13, 11:23 PM

عبارت‌های مرتبط

دانلود مقاله کتاب آموزش

برچسب های اين تاپیک

ثبت اين صفحه

ثبت اين صفحه

قوانين ارسال

  • شما نمی‌توانيد تاپيک جديد ارسال كنيد
  • شما نمی‌توانيد پاسخ ارسال كنيد
  • شما نمی‌توانید فایل ضمیمه ارسال كنيد
  • شما نمی‌توانيدنوشته‌های خود را ويرايش كنيد
  •