برآورد رطوبت خاک با تصاویر ماهواره ای

رطوبت خاک نقش مهمی در چرخه هیدرولوژیکی جهانی ایفا می کند که جزء مهم پارامترسازی خاک است. سنجش از دور یکی از مهم ترین روش هایی است که برای تخمین رطوبت خاک استفاده می شود.

کاربرد رطوبت خاک

رطوبت خاک یک متغیر کلیدی است که تبادل آب، انرژی و چرخه کربن بین زمین و جو را تنظیم می کند. بنابراین داده های رطوبت خاک برای مطالعات مختلف زیست محیطی، از جمله هیدرولوژی، اقلیم شناسی، هواشناسی، کشاورزی، مدیریت منابع آب و تغییرات آب و هوا ضروری است.

به همین دلیل است که رطوبت خاک به عنوان یکی از متغیرهای ضروری اقلیم تعریف شده توسط سیستم مشاهده آب و هوای جهانی، که وضعیت مشاهدات آب و هوای جهانی را ارزیابی می کند و راهنمایی برای بهبود آن ارائه می دهد، شناخته می شود.

رطوبت خاک به عنوان یک پارامتر مهم در زمینه های مختلف مطالعاتی از جمله هیدرولوژی، فنولوژی و کشاورزی در نظر گرفته می شود. در هیدرولوژی، رطوبت خاک یک پارامتر مهم برای تعیین میزان بارندگی است که به لایه نفوذپذیر نفوذ کرده و به منبع آب زیرزمینی تبدیل می شود. اگرچه رطوبت خاک در بسیاری از مطالعات زیست محیطی نقش مهمی دارد، اما تاکنون اندازه گیری رطوبت خاک با استفاده از ابزارهای زمینی مانند سنسور الکترومغناطیسی رطوبت خاک انجام می شود.

استفاده از ابزار دقیق زمینی می تواند به طور مستقیم اطلاعات را به دست آورد، اما ابزار دقیق، نیاز به تعمیر و نگهداری و مصرف نیروی انسانی برای بهره برداری دارد.
اگر به اطلاعات منطقه وسیعی نیاز داریم، احتمالاً ابزار دقیق زمینی مناسب نیست. برای اندازه گیری اطلاعات رطوبت خاک در سطح وسیعی به روش دیگری برای دستیابی به این هدف نیاز داریم. تکنیک‌های سنجش از دور ماهواره‌ای می‌توانند تصویر ماهواره‌ای را روی زمین به دست آورند، این می‌تواند راهی برای حل محدودیت مکانی در اندازه‌گیری ابزار باشد.

پایش رطوبت خاک به ابزاری بسیار مهم برای پیش بینی و پایش بلایای احتمالی تبدیل شده است. امروزه، هم افزایی بین سیستم های ماهواره ای مختلف، ما را قادر می سازد تا رطوبت خاک را با نظم و مقیاس بی سابقه ای بررسی کنیم.

اهمیت تخمین رطوبت خاک

• تخمین رطوبت خاک: کمک به کشاورزان برای ارزیابی سلامت گیاه.
• پیش‌بینی عملکرد محصول: امکان ارزیابی و برنامه‌ریزی بهتر برای کشاورزان.
• کاهش و محافظت در برابر سیل: کمک به مدیریت منابع آبی و حفاظت از محیط زیست.
• اندازه‌گیری مصرف آب شهری: ابزار برنامه‌ریزان شهری برای بهینه‌سازی استفاده از منابع آب

انواع حسگرهایی که می توان از آنها برای تخمین رطوبت خاک استفاده کرد

1)حسگرهای چند طیفی( Sentinel2)
از اطلاعات موجود از بخش های مرئی، مادون قرمز نزدیک، امواج کوتاه مادون قرمز و حرارتی مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی بهره می برند. اکثر تکنیک‌ها یک شاخص پوشش گیاهی طیفی تجربی ایجاد کرده‌اند که ویژگی‌های پوشش گیاهی خاصی را نشان می‌دهد، بنابراین تخمین غیرمستقیم رطوبت خاک را امکان‌پذیر می‌کند. نمونه هایی از این تکنیک ها شامل ارزیابی تنش آبی محصول و ناهنجاری های پوشش گیاهی است.

2)حسگرهای نوری در طیف حرارتی
که قادر به تشخیص تفاوت دما هستند.اصل اساسی در پشت این روش این است که دمای سطح زمین به دلیل تأثیر آن بر فرآیند گرمایش سطح به محتوای آب سطحی خاک حساس است.

مزیت اصلی این حسگرها توانایی آنها در ارائه تخمینی با وضوح مکانی خوب، وضوح زمانی معقول، دقت کافی در خاک لخت و پوشش گیاهی کم است.
علاوه بر این، این سنسورها دارای یک آرشیو تصویر رایگان طولانی مدت و یک برنامه خرید طولانی مدت هستند. با این حال، برخی از اشکالات وجود دارد: آلودگی ابرها، دقت کمتر بر روی پوشش گیاهی متراکم، و توانایی تخمین تنها رطوبت سطح بالایی خاک به دلیل حداقل نفوذ سطح

3)حسگرهای زمینی
دقیق ترین ابزار برای ردیابی آب هستند، اما حرکت سریع آنها پرهزینه و دشوار است. استفاده از منابع ماهواره ای گزینه ای مقرون به صرفه برای نظارت بر مناطق بزرگ و دور دست است. این می تواند برای ارزیابی تغییرات و درک روندهایی مانند ارزیابی خشکسالی و اثربخشی سرریز رودخانه بسیار ارزشمند باشد.

در پایان، رطوبت سطحی خاک به طور گسترده در کشاورزی، جنگلداری، هیدرولوژی، برای پیش بینی سیل و خشکسالی و مطالعات تغییرات آب و هوا استفاده می شود. بسته به کاربردها، اندازه‌گیری آن در مقیاس‌های مکانی (یعنی محلی، منطقه‌ای یا جهانی) و زمانی مورد نیاز است.