چكيده

به دلیل نقش بسزای پوشش برفی در چرخه هیدرولوژیکی، بررسی خصوصیات پوشش برف (سطح پوشش برف) با تفکیک مکانی و زمانی بالا ضروری به نظر می رسد. اندازه گیری این پارامتر عموماً با استفاده از مشاهدات میدانی در ایستگاه های هواشناسی صورت می پذیرد. اما از آنجایی که ایستگاه های برف سنجی از توزیع مکانی مناسبی برخوردار نبوده و عموماً در ارتفاعات حوضه که تراکم برف و روزهای همراه با برف بیشتر است، تعداد این ایستگاه ها بسیار محدود است، بنابراین استفاده از روش های سنتی اندازه گیری زمینی از کارایی لازم برای پایش متناوب مشخصات فیزیکی برف برخوردار نمی باشند. از این رو، تعیین این پارامتر ها باید متکی بر روش هایی باشد که در تماس مستقیم با برف نبوده و به صورت غیر مستقیم تخمین قابل قبولی از این پارامتر ها را در اختیار ما قرار می دهند. نقشه هاي توپوگرافي، تصاوير ماهواره اي 8 روزه MODIS و داده هاي اقليمي دما و بارش روزانه و ماهانه ایستگاه های هواشناسی، ابزارها و داده هاي مورد استفاده در اين پژوهش هستند. همچنين از نرم افزارهای Arc GIS و ERDAS IMAGINE و ساير نرم افزارها براي تجزيه وتحليل داده ها استفاده شده است. در اين راستا، با استفاده از این اطلاعات در یک دوره آماری 13 ساله از سال آبی 80-1379 لغایت 92-1391 و در ماه های آبان تا فروردین، با استفاده از آمار بارش برف روزانه، دماهاي ماهانه (حداکثر، حداقل و متوسط)، خط پیشروي و پسروي برف در ماه هاي مختلف سال و پتانسیل سطوح تحت ریزش آن مشخص شد و با مقایسه با تصاویر سطح پوشش برف، خط برف مرز در سطح استان تعیین و بررسی گردید. نتایج نشان از تطابق بالای این خط در تصاویر ماهواره ای پوشش برف در ماه های آذر، دی، بهمن و اسفند با ارتفاع دمای صفر درجه مربوط به متوسط دمای ماهانه که نشان دهنده متوسط خطوط ذوب و ریزش برف روی زمین است، در همین ماهها می باشد.   

واژگان كليدي: خط برف مرز، نرم افزارهایArc GIS و ERDAS IMAGINE، تصاویر ماهواره ای MODIS.

فهرست مطالب

شماره

عنوان

صفحه

فصل اول

1-1

بیان مسئله و ضرورت انجام آن .................................................................

3

1-2

سوالات تحقيق ..........................................................................................

5

1-4

اهداف تحقیق ............................................................................................

5

1-5

فرضیات تحیقق .........................................................................................

5

1-6

محدوديت­ها و موانع تحقيق ......................................................................

6

فصل دوم

2-1

مقدمه .........................................................................................................

8

2-2

مبانی نظری تحقیق ....................................................................................

9

 2-2-1

روش های متداول در تهیه نقشه های خط برفمرز ...................................

9

  2-2-1-1

استفاده از داده های ایستگاههای هواشناسی .............................................

9

  2-2-1-2

استفاده از سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی ..........................

9

   2-2-1-2-1

اصول سنجش از دور ................................................................................

9

   2-2-1-2-2

سیستم اطلاعات جغرافیایی و تلفیق آن با سنجش از دور ........................

11

   2-2-1-2-3

کاربردهای RS و GIS ..............................................................................

12

   2-2-1-2-4

استفاده از سنجش از دور ..........................................................................

15

فهرست مطالب

شماره

عنوان

صفحه

   2-2-1-2-5

سنجنده MODIS ......................................................................................

17

   2-2-1-2-6

اصول طراحی سنجنده MODIS ..............................................................

17

   2-2-1-2-7

کاربردهای داده های سنجنده MODIS ....................................................

18

  2-2-1-3

استفاده تلفیقی از داده های هواشناسی و سنجش از دور ...........................

18

2-3

پیشینه تحقیق .............................................................................................

18

 2-3-1

پیشینه تحقیق در جهان ..............................................................................

18

 2-3-2

پیشینه تحقیق در ایران ...............................................................................

19

 2-3-3

پیشینه تحقیق در محدوده تحقیق ..............................................................

20

فصل سوم

3-1

موقعیت جغرافیایی محدوده تحقیق ..........................................................

23

3-2

داده های تحقیق ........................................................................................

27

 3-2-1

منشاء بارندگی های استان گیلان ..............................................................

27

 3-2-2

شبكه­ی ايستگاههای هواشناسی و منابع آماري مورد استفاده ....................

27

 3-2-3

انتخاب دوره­ي آماري مشترك داده های ایستگاههای هواشناسی .............

28

 3-2-4

بازسازی و تکمیل آمار ایستگاههای هواشناسی ........................................

31

 3-2-5

تصاویر ماهواره ای پوشش برف سنجنده Modis ...................................

31

  3-2-5-1

سطح پوشش برف ....................................................................................

31

فهرست مطالب

شماره

عنوان

صفحه

  3-2-5-2

تولیدات سطح پوشش برف توسط سنجنده modis ................................

32

3-3

روش اجرای تحقیق ..................................................................................

34

 3-3-1

پیش پردازش تصاویر ماهواره ای ..............................................................

34

 3-3-2

تصحیح هندسی .........................................................................................

34

 3-3-3

الگوریتم مورد استفاده در استخراج سطوح پوشیده شده از برف ..............

35

 3-3-4

استخراج داده های سطوح پوشش برف ....................................................

36

فصل چهارم

4-1

یافته های تحقیق .......................................................................................

38

 4-1-1

سیستم های هواشناسی اثرگذار در استان ..................................................

38

 4-1-2

بررسی و تحلیل دما ..................................................................................

39

 4-1-3

تبدیل داده های ایستگاههای هواشناسی به رستر ......................................

43

 4-1-4

گراديان تغييرات دما نسبت به ارتفاع ........................................................

46

  4-1-4-1

نمودارهای گرادیان متوسط دمای حداقل ها .............................................

48

  4-1-4-2

نمودارهای گرادیان متوسط دمای حداکثرها ..............................................

50

  4-1-4-3

نمودارهای گرادیان متوسط دمای ماهانه ....................................................

53

 4-1-5

نقشه های تولید شده پوشش برف و خطوط ارتفاعی دمای صفر درجه ....

56

فهرست مطالب

شماره

عنوان

صفحه

         فصل پنجم

5-1

بحث .........................................................................................................

64

5-2

نتیجه گیری ...............................................................................................

67

5-3

آزمون فرضیات .........................................................................................

68

5-4

پیشنهادات .................................................................................................

68

منابع و مآخذ .............................................................................................

69

چکیده انگلیسی .........................................................................................

71

فهرست اشکال

شماره

عنوان

صفحه

2-1

موقعیت عوارض زمینی و ماهواره ..........................................................................

8

2-2

نقش RS/GISدر فرايند تصميم گيري و برنامه ريزي .............................................

13

2-3

بازتابش ابر و برف در طول موج­های مختلف تصاویر Modis .............................

16

3-1

نقشه موقعیت محدوده های مطالعاتی و شهرستان های استان گیلان ......................

24

3-2

موقعیت ایستگاههای هواشناسی در سطح استان .....................................................

30

3-3

نمونه­از تصویر MOD10A2 فراخوانی شده در محیط نرم افزار Erdas Imagine .

33

4-1

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل آبان ماه در طول دوره آماری ........................

48

4-2

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل آذر ماه در طول دوره آماری .........................

49

4-3

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل دی ماه در طول دوره آماری .........................

49

4-4

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل بهمن ماه در طول دوره آماری ......................

49

4-5

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل اسفند ماه در طول دوره آماری ......................

50

4-6

نمودار گرادیان دمای متوسط حداقل فروردین ماه در طول دوره آماری .................

50

4-7

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر آبان ماه در طول دوره آماری ........................

51

4-8

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر آذر ماه در طول دوره آماری .........................

51

4-9

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر دی ماه در طول دوره آماری ........................

52

4-10

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر بهمن ماه در طول دوره آماری .....................

52

4-11

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر اسفند ماه در طول دوره آماری .....................

52

فهرست اشکال

شماره

عنوان

صفحه

4-12

نمودار گرادیان دمای متوسط حداکثر فروردین ماه در طول دوره آماری ................

53

4-13

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه آبان ماه در طول دوره آماری ..........................

54

4-14

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه آذر ماه در طول دوره آماری ...........................

54

4-15

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه دی ماه در طول دوره آماری ...........................

54

4-16

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه بهمن ماه در طول دوره آماری ........................

55

4-17

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه اسفند ماه در طول دوره آماری .......................

55

4-18

نمودار گرادیان دمای متوسط ماهانه فروردین ماه در طول دوره آماری ..................

55

4-19

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف آبان .........................................................................................

57

4-20

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف آذر ..........................................................................................

58

4-21

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف دی ..........................................................................................

59

4-22

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف بهمن .......................................................................................

60

4-23

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف اسفند ......................................................................................

61

4-24

نقشه مقایسه ای مرز برف دمای صفر درجه(حداکثر، حداقل و متوسط)با مرز تصویر پوشش برف فروردین .................................................................................

62

5-1

حدود خطوط ارتفاعی منطقه ذوب برف و ریزش برف در ماه های مختلف دوره آماری ......................................................................................................................

66

فهرست جداول

شماره

عنوان

صفحه

3-1

طول و عرض جغرافیایی مناطق مطالعاتی و استان گیلان .........................................

25

3-2

مساحت و ارتفاع استان گیلان و چهار محدوده مطالعاتی ........................................

25

3-3

جمعیت وکاربری اراضی شهرستان های استان گیلان ...............................................

26

3-4

ایستگاههای هواشناسی وزارت نیرو و سینوپتیک سازمان هواشناسی .......................

29

3-5

اعداد صحیح کد گذاری شده و معنی آن ها در تولیدات سطح پوشش برف ............

34

4-1

متوسط پارامترهای دمای ماهانه ایستگاه های هواشناسی در دوره آماری 13 ساله ....

40

4-2

متوسط پارامترهای دمای ماهانه ایستگاه های هواشناسی در دوره آماری 13 ساله ....

41

4-3

متوسط پارامترهای دمای ماهانه ایستگاه های هواشناسی در دوره آماری 13 ساله ....

42

4-4

متوسط دمای حداکثرهای ماهانه در دوره آماری 13 ساله ایستگاههای هواشناسی ....

44

4-5

متوسط دمای میانگین ماهانه در دوره آماری 13 ساله ایستگاههای هواشناسی ..........

45

4-6

متوسط دمای حداقل های ماهانه در دوره آماری 13 ساله ایستگاههای هواشناسی ...

46

4-7

معادلات گرادیان متوسط دمای حداقل های ماهانه در طول دوره آماری ..................

48

4-8

معادلات گرادیان متوسط دمای حداکثر های ماهانه در طول دوره آماری .................

51

4-9

معادلات گرادیان متوسط دمای ماهانه در طول دوره آماری ......................................

53

5-1

مقایسه سطح پوشش برف و سطوح بالای مرز ارتفاعی مربوط به دمای صفر درجه-کیلومترمربع ...................................................................................................

65

5-2

مقادیر حدود خطوط ارتفاعی مربوط به دمای صفر درجه متوسط دماهای حداکثر، حداقل و ماهانه .........................................................................................................

66