ارزیابی مدل‌های خطی و درجه دو برای برآورد دمای سطحی خاک با استفاده از دمای هوا در چهار اقلیم ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد دانشگاه یزد، مرکز ملی تحقیقات شوری

2 استادیار دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی دانشگاه یزد

چکیده

دمای خاک یکی از پارامترهای با اهمیت خاک بوده که فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی آن را تحت تأثیر قرار می­دهد. در این پژوهش به ارتباط بین دمای هوا در ارتفاع 2 متری (متغیر مستقل) و دمای خاک در عمق 5 سانتی­متر (متغیر وابسته) از طریق مدل­سازی مدل­های خطی و درجه دو پرداخته شده است. چهار ایستگاه بندرعباس، شهرکرد، رشت و یزد به عنوان ایستگاه­های معرف اقلیم­های عمده ایران، انتخاب شد. داده­های روزانه دمای هوا و خاک به مدت 10 سال (1386-1377) به تفکیک ماهیانه پردازش شد. روابط خطی و درجه دو بر داده­ها برازش و مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور ضریب تعیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و میانگین خطای اریبی (MBE) محاسبه گردید. نتایج نشان می­دهد که روابط میان دمای خاک و هوا در ماه­ها و در اقلیم­های مختلف، متفاوت است. مقایسه فراوانی ضرایب تعیین معادلات خطی نشان داد در مدل خطی به ترتیب 2/6، 3/31، 50 و 5/12 درصد ضرایب ضعیف، متوسط، قوی و بسیار قوی است. در حالی که در مدل درجه دو 3/6، 20، 0/57، 7/16 درصد ضرایب ضعیف، متوسط، قوی و بسیار قوی است. بدین ترتیب مدل درجه دوم دارای دقت بیشتری در برآورد دمای خاک است. مقایسه مقادیر RMSE  نیز نشان می­دهد مدل درجه دو دارای دقت بیشتری در برآورد دمای خاک (5 سانتی­متر) از دمای هوا است. در نتیجه این بررسی، نموگراف­هایی کاربردی برای تعیین ضرایب معادلات خطی و درجه دو ارائه گردید که در ماه­های مختلف امکان برآورد سریع دمای خاک با استفاده از داده­های دمای هوا را فراهم می­نماید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Linear and Quadratic Models for Estimating Soil Surface Temperature Using Air Temperature in Four Climate Zones of Iran

نویسندگان [English]

  • Ali Mohammad Ghaeminia 1
  • H.R. Azimzadeh 2
1 Former M.Sc. student of Yazd University, National Salinity Research Center (NSRC)
2 Assistant Professor, Yazd University
چکیده [English]

Soil temperature is an important soil parameter that affects physical, chemical, and biological processes. In this research, some relationships between air temperature (independent variable) and soil temperature at 5 cm depth (dependent variable) were developed using linear and quadratic models. Data from four synoptic stations in Bandar Abbas, Shahrekord, Rasht, and Yazd were used as the representative stations of Iran's main climates. Daily air and soil temperature data for 10 years (1998-2007) were processed on monthly basis. Linear and quadratic relations were fitted to the data and then evaluated. For this purpose, the coefficient of determination (R2), Root Mean Square Error (RMSE) and Mean Bias Error (MBE) were calculated. The results showed that the relations between soil and air temperature in different months and climates were different. Comparison of the frequency distribution of the coefficients of linear equations showed that 6.2%, 31.3%, 50%, and 12.5% of the linear model coefficients were weak, moderate, strong, and very strong, respectively. In the case of quadratic model, the coefficient of determination was 6.3%, 20%, 57%, and 16.7% as weak, moderate, strong, and very strong, respectively. Therefore, the quadratic model may be more accurate in estimating soil temperature. Comparison of the RMSE values showed that the quadratic model had higher accuracy than the linear model for estimation of soil temperature using air temperature. In conclusion, practical nomographs for determining the coefficients of linear and quadratic equations are presented for different months, which provide rapid estimation of soil temperature (5 cm depth) from air temperature data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Linear relations
  • Modeling
  • Regression
  • Quadratic function

مراجع

  1. بنائی، م. ح. 1380. نقشه منابع و استعداد خاک­های ایران. وزارت جهاد کشاورزی، مؤسسه تحقیقات خاک و آب، تهران، ایران.
  2. جامع، ع. و همکاران، 1384. بررسی دمای اعماق خاک ایستگاه­های هواشناسی استان کرمانشاه و تعیین معادلات همبستگی بین دمای حداقل هوا و حداقل سطح زمین. اداره کل هواشناسی استان کرمانشاه.
  3. جعفری گلستان، م.، م. رائینی سرجاز و م. ضیاء تباراحمدی. 1386. برآورد دمای ژرفای خاک با بهره­گیری از روش تجزیه منحنی و همبستگی­های رگرسیونی برای شهر ساری. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ویژه نامه زراعت و اصلاح نباتات، 14(5): 123-112.
  4. سبزی­پرور، ع. ا. ح. طبری، و ع. آیینی، 1389. برآورد میانگین روزانه دمای خاک در چند نمونه اقلیمی ایران با استفاده از داده­های هواشناسی. فصلنامه علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، 52(2):130-125.
  5. مسعودیان، ا. و م. ر. کاویانی، 1387. اقلیم­شناسی ایران. انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان، 179 ص.
  6. مهدویان، ع.، 1383. بررسی رابطه بین دمای حداقل زمین و حداقل هوا. سازمان هواشناسی کشور.
  7. نجفی مود، م. ح.، ا. علی­زاده، آ. محمدیان و ج. موسوی. 1387. بررسی رابطه دمای هوا و دمای اعماق مختلف خاک و برآورد عمق یخبندان (مطالعه موردی استان خراسان رضوی). مجله آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 22(2): 466-456.
  8. Adjepong, S.K., Gupta-Afriyi, K., 1977. Analysis and time series of soil temperature as recorded at different depths at three locations in Ghana. In: Greenland, D.J., Lal, R. (Eds.), Soil Conservation and Management in the Humid Tropics. Wiley, New York.
  9. Harrison-Murray, R., Lal, R., 1979. High soil temperatures and the response of maize to mulching in the lowland humid tropics. In: Greenland, D.J., Lal, R. (Eds.), Soil Conservation and Management in the Humid Tropics. Wiley, New York.
  10. Maclean Jr S. F. Ayres M. P. 1985. Estimation of soil temperature from climatic variables at Barrow, Alaska, USA. Arctic and Alpine Research. 17: 425-432.
  11. Thundholm, B., 1990. A comparison of measured and simulated soil temperatures using air temperature and soil surface energy balance as boundary conditions. Agric, forest meteorol. vol 53, pp 59-72.
  12. Tomczak, D. M., and Schaetzl, R. J. 2001. Wintertime temperature in the fine textured soils of the Saginaw valley, Mishigan. The Great Lakes Geographer. 8: 87-98.
  13. Van Wambeke, A., 1992. Soils of the Tropics, Properties and Appraisal. Donnelley and Sons, Mexico.
پژوهش های خاک
دوره 27، شماره 2
شهریور 1392
صفحه 253-262

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار