برآورد تبخیر از سطح دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنجنده MODIS

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار /دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس

2 استاد/ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

تبخیر به عنوان مهمترین عامل خروج آب از دریاچه‌های بسته، سهم به‌سزایی در معادلات بیلان آب دریاچه‏ها ایفا می‌کند و می‌تواند منجر به تغییر در ترکیب شیمیایی دریاچه‌ها شود. هدف از این مطالعه ارائه الگویی برای برآورد صحیح نرخ تبخیر از سطح آب دریاچه ارومیه با استفاده از فن‌آوری سنجش از دور می‌باشد. بدین منظور مدل روزانه تبخیر با لحاظ کردن اثر شوری (SDDE)1 بر مبنای معادله بیلان انرژی و با استفاده تلفیقی از داده‌های سنجش از دور سنجنده MODIS (شامل دمای سطح، آلبدو، گسیلمندی، ماسک ابر، آب قابل بارش) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)2 توسعه داده شده و با اندازه‌گیری‌های زمینی اعتبار‌سنجی شد. با اجرای این مدل نقشه‌های تبخیر از سطح دریاچه برای سال 2010 میلادی به‌دست آمد. بر اساس نتایج حاصل مجموع ارتفاع و حجم تبخیر طی 7 ماه آوریل تا اکتبر در سال 2010 (90-1389) به ترتیب معادل 1136 میلیمتر و 8/3 میلیارد مترمکعب می‌باشد. این برآورد نشان می‌دهد که حتی در صورت تأمین نیاز آبی دریاچه در شرایط نرمال معادل 1/3 میلیارد متر مکعب، روند کاهشی تراز دریاچه تداوم خواهد داشت

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Urmia Lake Evaporation Using Remote Sensing Data

نویسندگان [English]

  • S. Sima 1
  • M. Tajrishi 2
1 Assistant Professor, Civil & Environmental Engineering Department, Tarbiat Modares University
2 Professor, Civil Engineering Department, Sharif University of Technology
چکیده [English]

Evaporation which is the most important water output from terminal lakes, plays a significant role in the lakes water balance. It can also vary chemical compositions of lakes. This study aims at providing an accurate estimate of the evaporation rate from Urmia Lake. To accomplish this task, the SDDE (Salinity Dependent Daily Evaporation) model was developed based on the energy balance model and conjunctive use of the MODIS satellite data including water surface temperature, albedo, emissivity, cloud mask and precipitable water vapour and GIS techniques. The model was validated using insitu data. Then, evaporation maps of Urmia Lake were calculated using the SDDE model during 2010. Results showed that the rate and volume of evaporation during the non_cloudy months (April-Novemebr) were 1136 mm and 3.8 km3, respectively. Consequently, even if the environmental water requirement of the lake is supplied, the declining trend of its water level will continue.

باقری هارونی م ح (1390) ارزیابی فن آوری سنجش از دور در برآورد مؤلفه‌های بیلان آب در مقیاس حوضه‌ای، با تأکید بر میزان برداشت خالص آب زیرزمینی (مطالعه موردی حوضه آبریز دریاچه ارومیه). پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس.

جهانبانی س (1391) مقایسه روش‌های برآورد تبخیر از سطح دریاچه‌های شور با استفاده از معادله بیلان انرژی (مطالعه موردی دریاچه ارومیه).  پایان نامه کارشناسی ارشد دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه صنعتی شریف.

مهندسان مشاور آب نیرو (1371) مطالعات مرحله دوم مقدماتی- بزرگراه شهید کلانتری واقع در دریاچه ارومیه.

مهندسین مشاور صدرا (1383) مطالعات هیدرولیک، هیدرودینامیک و زیست محیطی طرح آزادراه شهید کلانتری در دریاچه ارومیه، جلد اول ودوم، بازنگری صفر.

مهندسین مشـاور طـرح نـواندیشان (1383) مطالعات تفصیلی هیدرولیک دریاچه ارومیه، طرح آزاد‌راه شهید کلانتری،گزارش مرحله دوم، جلد دوم اطلاعات محیطی پایه، بازنگری صفر .

مهندسین مشـاور یکم (1383) مطالعه پیامدهای زیست محیطی، اثرات کمی و کیفی طرح‌های توسعه منابع آب حوضه دریاچه ارومیه بر دریاچه ارومیه. جلد 2، بیلان آبی دریاچه. شرکت سهامی آب منطقه‌ای آذربایجان غربی.

Abbaspour M, Nazaridoust A (2007) Determination of environmental water requirements of Lake Urmia, Iran: an ecological approach. International Journal of Environmental Studies 64(2):161-169.

Ahmadzadeh Kokya B, Ahmadzadeh Kokya T )2008)  Proposing a formula for evaporation measurement from salt water resources. Hydrological Processes 22:2005–2012.

Ali H, Madramootoo CA, Abdel Gwad S (2001). Evaporation model of Lake Qaroun as influenced by lake salinity. Irrigation and Drainage 50(1):9-17.

AL-Khlaifat A L (2008) Dead Sea rate of evaporation. American Journal of Applied Sciences 5(8): 934-942.

Alpert P, Shafir H, and Issahary D (1997) Recent changes in the climate at the Dead Sea – a preliminary study. Climatic Change 37(3): 513-537.

Anati DA, Stiller M, Shasha S and Gat JR (1987) Changes in the thermo-halite structure of the Dead Sea: 1979-1984. Earth and Planetary Science Letter 84: 109-121.

Asmar BN, Ergenzinger P (1999) Estimation of evaporation from the Dead Sea. Hydrological Processes 13(17): 2743-2750.

Asmar BN, Ergenzinger P(2002) Dynamic simulation of the Dead Sea. Advances in Water Resources 25(3): 263-277.

Bowen IS (1926) The ratio of heat losses by conduction and by evaporation from any water surface. Physical Review 27(6):779-787.

Calder IR, Neal C (1984) Evaporation from saline lakes: a combination equation approach. Hydrological Sciences Journal 29(1):89-97.

Dvorkin Y, Lensky N, Lyahovsky V, Gertman I, and  Gavrieli I (2006) The necessity of salt precipitation for the Dead Sea modeling. Paper presented at the American Geophysical Union, Fall Meeting, San Francisco, California, USA.

Eimanifar A, Mohebbi F (2007) Urmia Lake (Northwest Iran): a brief review. Saline Systems 3(5).

Gianniou SK, Antonopoulos VZ (2007) Evaporation and energy budget in Lake Vegoritis, Greece. Journal of Hydrology 345(3–4): 212-223.

Harbeck JGE (1955) Studies of evaporation: the effect of salinity on evaporation. U.S. Geological Survey Professional Paper 272-A: 1– 6.

Heidari N, Roudgar M, Ebrahimpour N (2010) Thermodynamic quantities and Urmia Sea water evaporation. Saline Systems 6, 3.

Kokya BA, Kokya TA (2008) Proposing a formula for evaporation measurement from salt water resources. Hydrological Processes 22(12): 2005-2012.

Lee CH (1927) Discussion of evaporation on reclamation projects. American Society of Civil Engineers Transactions, 90:340-343.

Lensky NG, Dvorkin Y, Lyakhovsky V, Gertman I, and Gavrieli I (2005) Water, salt, and energy balances of the Dead Sea. Water Resources Research 41(12), W12418.

Lenters JD, Kratz TK, Bowser CJ (2005) Effects of climate variability on lake evaporation: Results from a long-term energy budget study of Sparkling Lake, Northern Wisconsin (USA). Journal of Hydrology 308(1–4): 168-195.

Long D, Gao Y, Singh VP (2010) Estimation of daily average net radiation from MODIS data and DEM over the Baiyangdian watershed in North China for clear sky days. Journal of Hydrology 388(3–4): 217-233.

Murrihy E, Miltenburg I (2010). Assessment of evaporation losses from the Menindee Lakes using SEBAL remote sensing technology. Australia Water Watch.

Murphy JM, Sexton DMH, Barnett DN, Jones GS, Webb MJ, Collins M (2004) Quantification of modelling uncertainties in a large ensemble of climate change simulations. Nature 430(7001):768-772.

Neev D, Emery KO (1967) Depositional processes and environments of evaporites (Bulletin (Makhon ha-geologi (Israel)))): Monson Press.

Neumann J (1958) Tentative energy and water balances for the Dead Sea. Bulletin of the Research Council of Israel 7G: 137– 163.

Orlob G (1981) Models for stratified impoundments. In: Biswas, A. (Ed.), Models for water quality management. McGraw Hill, USA:273–313.

Pitzer KS (1979) Theory, ion interaction approach. Activity Coefficients in Electrolyte Solutions CRC Press, Boca Raton, FL, USAPytkow-Icz RM, 1:157-208.

Prata AJ (1996) A new long-wave formula for estimating downward clear-sky radiation at the surface. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 122:1127–1151.

Rosenberry DO, Winter TC, Buso DC, Likens GE (2007) Comparison of 15 evaporation methods applied to a small mountain lake in the northeastern USA. Journal of Hydrology 340(3–4): 149-166.

Salameh E, Wl-Naser H (1999) Does the actual drop in Dead Sea level reflect the development of water sources within its drainage basin? Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 27(1): 5-11.

Sandler SI (1999) Chemical and engineering thermodynamics (Wiley series in Chemical Engineering): Wiley.

Sellers WD (1965) Physical climatology. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 92(394): 588-588.

Sima S, Ahmadalipour A, Tajrishy M (2013) Mapping surface temperature in a hyper-saline lake and investigating the effect of temperature distribution on the lake evaporation. Remote Sensing of Environment 136(0):374-385.

Sima S, Tajrishy M (2013) Using satellite data to extract volume–area–elevation relationships for Urmia Lake, Iran. Journal of Great Lakes Research 39(1):90-99.

Sima S, and Tajrishy M (In Progress) Application of spatial interpolation methods to develop water quality maps of Urmia Salt Lake, Iran. Submitted to Journal of Scientia Iranica for possible publication.

Stanhill G (1994) Changes in the rate of evaporation from the Dead Sea. International Journal of Climatology 14(4):465-471.

Stauffer R (1991) Testing lake energy budget models under varying atmospheric stability conditions. Journal of Hydrology 128:115–135.

Steinhorn I (1997) Evaporation estimate for the Dead Sea: essential considerations for saline lakes. The Dead Sea. In  The Dead Sea the lake and its setting (pp. 11). New York: Oxford University Press.

UNEP & GEAS (2012) The drying of Iran's Lake Urmia and its environmental consequences. Environmental Development 2:128-137.

Winter TC (1981) Uncertainties in estimating the water balance of lakes. Water Resources Bulletin 17(1): 82–115.

Winter TC, Buso DC, Rosenberry DO, Likens GE, Sturrock AMJ, Mau DP )2003( Evaporation determined by the energy budget method for Mirror Lake, New Hampshire. Limnology and Oceanography 48 (3): 995–1009.

Yekom Conculting Engineers (2002) Management plan for the Lake Uromiyeh Ecosystem. In M. Moser (Ed.), EC-IIP Environmental Management Project for Lake Uromiyeh. Iran.

Young AA (1947) Some recent evaporation investigations. Transactions American Geophysical Union 28(2): 279-284.

Yu S, Liu J, Xu J, Wang H (2011) Evaporation and energy balance estimates over a large inland lake in the Tibet-Himalaya. Environmental Earth Sciences 64(4): 1169-1176.

Zeinoddini M, Tofighi MA, Vafaee F (2009) Evaluation of dike-type causeway impacts on the flow and salinity regimes in Urmia Lake, Iran. Journal of Great Lakes Research 35(1): 13-22.