پایش ماهواره ای مولفه های فعال نوری دریای خزر به روش مدل سازی معکوس معادله انتقال تابشی

مهدی غلامعلی فرد

چکیده

بارورترین اکوسیستم های دریایی معمولاً در محیط های ساحلی یافت می شوند و محیط های ساحلی از تنوع زیستی بیشتری نسبت به مناطق باز اقیانوسی برخوردار می باشند. روشهای سنتی پایش کیفیت آب ساحلی شامل ارزیابی شاخصهای زیستی یا اندازه گیری های مستقیم کیفیت آب می باشند که بر مبنای جمع آوری داده ها در محل می باشند و از این رو اغلب از نظر مکانی یا زمانی محدود می باشند. تصاویر سنجش از دور به صورت فزاینده ای به عنوان منبع غنی از اطلاعات مکانی و ارایه پوشش دقیقتر نسبت به روش های دیگر در پایش کیفیت آب استفاده میشوند. پایش ماهواره ای کیفیت آب ساحلی متأثر از 3 نوع مولفه فعال نوری (کلروفیل a، جامدات معلق و مواد آلی محلول رنگی (cdom)) می باشد. از سویی، تغیرپذیری زیاد زمانی و مکانی خصوصیات آبهای ساحلی، به کارگیری یک الگوریتم تکی و جهانی با کارآیی یکسان در همه نواحی ساحلی را غیر ممکن می سازد. تحقیق حاضر، با هدف پایش ماهواره ای کیفیت آب ساحلی با اندازه گیری همزمان 3 نوع مولفه فعال نوری در سواحل استان مازندران انجام شد. نمونه برداری مولفه های فعال نوری به صورت همزمان با گذر ماهواره modis aqua به مدت 37 روز در سالهای 90 و 91 انجام شد. نتایج نمونه برداری میدانی نشان می دهد که در ایستگاه هایی که کلروفیل a مقادیر بالایی دارد، کدورت نیز افزایش یافته است. ضریب جذب مواد آلی محلول رنگی acdom(375) در نزدیکی ساحل بیشتر از دور از ساحل است. همچنین cdom در منطقه مورد مطالعه منشأ ترکیبی دارد و فقط توسط رودخانه ها به آبهای ساحلی حمل نمی شود یعنی بخشی از طریق رودخانه ها وارد می شود و بخشی به صورت محلی از محصول تجزیه فیتوپلانکتون تولید می شود یا از رسوبات بستر تراوش می شود. نتایج مدلسازی انتقال تشعشع نشان می دهد که توزیع عمودی فیتوپلانکتون بر طیف انعکاس سنجش از دور تأثیر دارد لیکن، تفاوت بین انعکاس محاسبه شده برای ستون آب یکنواخت و انعکاس محاسبه شده برای پروفیل عمودی، کم است و شاید سنجنده سنجش از دور نتواند این تفاوت را تشخیص دهد. در تحقیق حاضر، پس از تشکیل کتابخانه طیفی بر اساس غلظت های معین مولفه های فعال نوری و iops با استفاده از مدلسازی عددی hydrolight، الگوریتمی تحت عنوان sigmatch برای بازیابی همزمان پارامترهای کیفیت آب کلروفیل a، spm و cdom از تصاویر ماهواره ای modis در محیط های r و python توسعه داده شد. مبنای الگوریتم sigmatch، جایگزینی تکنیک نسبت باندی تکی با برازش کامل طیف و کمینه سازی (بهینه سازی) اختلاف بین طیف انعکاس مشاهده شده از modis و طیف انعکاس محاسبه شده از معادله انتقال تشعشع (hydrolight) می باشد. نتایج مقایسه الگوریتم تحلیلی با الگوریتم های تجربی نشان داد که الگوریتم تحلیلی sigmatch، الگوریتم بهینه پایش ماهواره ای کیفیت آب دریای خزر می باشد. الگوریتم تحلیلی sigmatch، قابلیت بازیابی مولفه های فعال نوری به صورت همزمان با صحت بالاتری را دارد، محدودیت الگوریتم های تجربی در زمان و مکان داده های ورودی را ندارد و مبنای تئوری آن بر اساس معادله انتقال تشعشع، الگوریتم sigmatch را به عنوان رویکرد قوی علمی در مقایسه با الگوریتم های تجربی برای پایش ماهواره ای آبهای case ii پیشنهاد می نماید.

اساتید راهنما و مشاور

علی اکبر آبکار، عباس اسماعیلی ساری، بابک نعیمی