Хок аз берун нигоҳ карда, ором ва беҳаракат ба назар мерасад. Аммо дар зери замин ҳаракати доимии энергия ва об вуҷуд дорад. Рӯз офтоб хокро гарм мекунад, шаб сатҳ хунук мешавад. Борон, бухоршавӣ, шамол, оби зеризаминӣ ва нами хок ин тартиби гармиро тағйир медиҳанд.

Аз ин рӯ ҳарорати хок барои олимон метавонад нишонаи муҳимми табиӣ бошад.

Агар дар умқиҳои гуногуни хок тағйири ҳарорат мушоҳида шавад, на танҳо худи ҳарорат, балки он низ фаҳмида мешавад, ки об дар дохили хок чӣ гуна ҳаракат мекунад, гармӣ чӣ гуна интиқол меёбад ва шароитҳои сатҳӣ ба зери замин чӣ гуна инъикос меёбанд.

Таҳқиқоти аз ҷониби Jinting Huang ва Bin Liu омодашуда ба ҳамин мавзӯъ тамаркуз мекунад. Муҳаққиқон барои аз маълумоти ҳарорати хок дар бораи ҷараёни об ва интиқоли гармӣ иттилои боэътимодтар гирифтан аз равиши регрессияи гармоникии динамикӣ истифода мебаранд.

Чаро ҳарорати хок муҳим аст?

Ҳарорати хок барои кишоварзӣ, оби зеризаминӣ, назорати хушксолӣ, моделҳои иқлимӣ ва таҳқиқоти экосистема нишондиҳандаи муҳим аст.

Зеро ҳарорати хок:

• Бо бухоршавӣ ва аз даст додани нам алоқаманд аст.
• Ба шароити ҳаёт дар минтақаи решаҳои растанӣ таъсир мерасонад.
• Метавонад дар бораи ғизодиҳии оби зеризаминӣ ишора диҳад.
• Нишон медиҳад, ки хок гармиро то чӣ андоза зуд мегузаронад.
• Метавонад барои фаҳмидани ҳаракати об дар минтақаҳои хушк ва нимхушк кумак кунад.

Махсусан дар минтақаҳое, ки об маҳдуд аст, фаҳмидани он ки хок обро чӣ гуна нигоҳ медорад ё аз даст медиҳад, аҳамияти калон дорад. Зеро ин иттилоъ аз истеҳсоли кишоварзӣ то идоракунии об, аз хатари хушксолӣ то банақшагирии муҳити зист дар бисёр соҳаҳо истифода шуда метавонад.

Чаро моделҳои қадимӣ метавонанд нокифоя бошанд?

Моделҳои анъанавие, ки барои пешгӯии ҳарорати хок истифода мешаванд, аксар вақт тағйироти ҳароратро ҳамчун ҳаракати мунтазам ва ба мавҷи синус монанд қабул мекунанд.

Яъне модел чунин фарз мекунад:

Гармшавии рӯзона ва хунукшавии шабона мунтазам такрор мешавад.

Аммо дар табиат равандҳо на ҳамеша чунин мунтазаманд.

Борон борида метавонад. Абрнакӣ тағйир ёфта метавонад. Шамол зиёд шуда метавонад. Нами хок ногаҳон боло рафта метавонад. Бухоршавӣ пурзӯр шуда метавонад. Дар қабатҳои наздики сатҳ ҳарорат хеле зуд тағйир ёфта метавонад.

Дар чунин ҳолат ҳарорати хок дигар мисли мавҷи комил ва мунтазам рафтор намекунад. Сигнал вайрон мешавад, мураккаб мегардад ва пешгӯӣ душвор мешавад.

Айнан дар ҳамин нуқта регрессияи гармоникии динамикӣ ворид мешавад.

Регрессияи гармоникии динамикӣ чист?

Регрессияи гармоникии динамикӣ усулест, ки кӯшиш мекунад сигналҳои ҳароратии бо мурури вақт тағйирёбандаро ба қисмҳо ҷудо кунад.

Ба таври сода, ин усул кӯшиш мекунад аз маълумоти ҳарорати хок се иттилои муҳимро ҷудо кунад:

Тренд:
Нишон медиҳад, ки ҳарорат умуман ба кадом самт тағйир меёбад.

Амплитуда:
Нишон медиҳад, ки лаппиши рӯзонаи ҳарорат то чӣ андоза қавӣ аст.

Фаза:
Нишон медиҳад, ки мавҷи ҳарорат дар тӯли умқ то чӣ андоза дер мешавад.

Бо шарофати ин се иттилоъ муҳаққиқон метавонанд беҳтар шарҳ диҳанд, ки ҳарорат дар дохили хок чӣ гуна паҳн мешавад ва ҳаракати об ба ин паҳншавӣ чӣ гуна таъсир мерасонад.

Зеро дар хок гармӣ танҳо тавассути гузарониш паҳн намешавад. Ҳаракати об низ метавонад гармиро интиқол диҳад. Аз ин рӯ таҳқиқот ҳам гузарониши гармӣ ва ҳам таъсири гармии бо об интиқолёфтаро якҷоя баррасӣ мекунад.

Таҳқиқот дар куҷо гузаронида шуд?

Таҳқиқот дар шимолу ғарби Чин дар ду минтақаи гуногун гузаронида шуд.

Минтақаи аввал ҳавзаи дарёи Hailiutu аст. Ин ҷо майдонест, ки хусусияти нимхушк дорад ва шароити ҳарорат ва нами нисбатан мунтазам дорад.

Минтақаи дуюм ҳавзаи дарёи Golmud аст. Ин ҷо муҳити хушктар, ба таъсироти шадидтари атмосфера кушода ва аз ҷиҳати нам маҳдудтарро ифода мекунад.

Муқоисаи ин ду минтақа муҳим аст. Зеро имкон дорад дид, ки як модели якхела дар шароитҳои гуногуни иқлимӣ чӣ гуна кор мекунад.

Дар тасвири аввали мақола ҷойгиршавии ин ду майдони таҳқиқотӣ дар харита нишон дода шудааст. Дар дигар графикҳо ҳарорати хок дар умқиҳои гуногун, амплитуда, фаза, паҳншавии гармӣ ва робитаҳои ҷараёни об муқоиса карда мешаванд.

Дар минтақаи нимхушк модел устувортар кор кард

Дар таҳқиқот дар ҳавзаи Hailiutu ҳарорати хок сохтори нисбатан мунтазам ва даврӣ нишон дод. Дар қабатҳои наздики сатҳ лаппиши рӯзонаи ҳарорат қавитар буд; ҳар қадар умқ зиёд мешуд, ин лаппиш камтар мешуд.

Ин ҳолат интизорӣ аст. Зеро сатҳ бевосита аз офтоб, ҳарорати ҳаво, шамол ва бориш таъсир мебинад. Ҳар қадар ба қабатҳои чуқуртар равем, ин таъсирҳо заиф мешаванд ва сигнали ҳарорат мунтазамтар мегардад.

Дар таҳқиқот зикр шудааст, ки модел дар минтақаи нимхушк ҳароратҳои дар умқиҳои гуногун мушоҳидашударо хеле хуб пешгӯӣ кардааст. Ин ҳолат нишон медиҳад, ки сигналҳои ҳароратии мунтазамтар барои модел мувофиқтаранд.

Яъне дар минтақаи нимхушк ҳарорати хок барои фаҳмидани ҳаракати об ва гармӣ сигнали хонданӣтар пешниҳод мекунад.

Дар минтақаи хушк қабатҳои наздики сатҳ мураккабтаранд

Дар минтақаҳои хушк мисли ҳавзаи Golmud бошад вазъ мураккабтар аст.

Тибқи таҳқиқот, дар ин минтақа лаппишҳои ҳарорат махсусан дар қабатҳои наздики сатҳ қавитар ва номунтазамтаранд. Сабаб он аст, ки дар минтақаҳои хушк таъсироти атмосферӣ шадидтаранд.

Нами паст, бухоршавии қавӣ, сатҳи бараҳнаи хок, шӯршавӣ ва фарқияти баланди ҳарорати рӯзона метавонанд сигнали ҳароратро дар қабатҳои болоии хок вайрон кунанд.

Аз ин рӯ модел дар минтақаи хушк дар қабатҳои наздики сатҳ заифтар кор мекунад, аммо дар қабатҳои чуқуртар боэътимодтар мешавад.

Яке аз натиҷаҳои муҳимми таҳқиқот чунин аст:

Дар минтақаҳои хушк пешгӯиҳои бар ҳарорати хок асосёфта бояд дар қабатҳои наздики сатҳ бо эҳтиёт истифода шаванд; дар қабатҳои чуқуртар бошад метавонанд натиҷаҳои устувортар диҳанд.

Ҳаракати об ва интиқоли гармӣ робитаи оддӣ нест

Таҳқиқот ҳамчунин нишон медиҳад, ки байни нами хок, паҳншавии гармӣ ва ҷараёни об робитаи оддӣ ва хаттӣ вуҷуд надорад.

Яъне қоидаи оддии «агар хок намтар бошад, гармӣ ҳамеша тезтар паҳн мешавад» дар ҳама ҳолат эътибор надорад.

Интиқоли гармӣ дар хок бо миқдори нам, самти ҳаракати об, бухоршавӣ, ҳарорати сатҳ, сохтори хок ва таъсироти атмосферӣ шакл мегирад.

Бинобар ин таҳқиқот таъкид мекунад, ки интиқоли гармиро на танҳо бо гузарониш, балки якҷоя бо ҳаракати об бояд андешид.

Ин натиҷа махсусан барои минтақаҳои хушк ва нимхушк муҳим аст. Зеро дар ин майдонҳо ҳатто миқдори ками об метавонад ба ҳарорати хок ва тавозуни энергия таъсири калон расонад.

Чаро ин таҳқиқот муҳим аст?

Чунин таҳқиқотҳо дар назари аввал техникӣ ба назар мерасанд. Аммо таъсири онҳо хеле васеъ аст.

Беҳтар фаҳмидани ҳарорати хок ва ҳаракати об:

• Метавонад системаҳои назорати хушксолиро такмил диҳад.
• Метавонад ба банақшагирии обёрии кишоварзӣ мусоидат кунад.
• Метавонад ба фаҳмидани ғизодиҳии оби зеризаминӣ кумак кунад.
• Метавонад моделҳои иқлимӣ ва сатҳи заминро беҳтар кунад.
• Метавонад идоракунии хок-обро дар минтақаҳои хушк дақиқтар гардонад.

Махсусан бо тағйироти иқлим хушксолӣ, бухоршавӣ ва камии об муҳимтар мешаванд. Аз ин рӯ фаҳмидани он ки хок на танҳо дар сатҳ то чӣ андоза хушк менамояд, балки дар тӯли умқ чӣ гуна рафтор мекунад, торафт муҳимтар мешавад.

Маҳдудиятҳои таҳқиқот

Гарчанде ин таҳқиқот усули арзишманд пешниҳод кунад ҳам, бояд бо эҳтиёт шарҳ дода шавад.

Аввалан, таҳқиқот хусусияти preprint дорад; яъне ҳанӯз набояд ҳамчун нашри ниҳоии академикии аз peer-review гузашта дида шавад.

Дуюм, таҳқиқот ба ченкуниҳои ду минтақаи муайян такя мекунад. Дар намудҳои гуногуни хок, шароитҳои гуногуни иқлимӣ ё майдонҳои дорои пӯшиши растанӣ натиҷаҳо метавонанд тағйир ёбанд.

Сеюм, муваффақияти модел аз умқ ва мунтазамии сигнали ҳарорат вобаста аст. Махсусан дар минтақаҳои хушк қабатҳои сатҳӣ зери таъсири хеле қавии атмосфера қарор доранд, бинобар ин пешгӯиҳо метавонанд номуайянии бештар дошта бошанд.

Аз ин рӯ ин усул на ҳамчун ҳалли универсалӣ, ки дар ҳама шароит якхела муваффақият медиҳад, балки ҳамчун чаҳорчӯби таҳлилии қавӣ барои фаҳмидани равандҳои гармӣ-оби хок бояд дида шавад.

Хулоса

Ин таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳарорати хок метавонад барои фаҳмидани ҳаракатҳои об ва гармӣ дар зери замин нишондиҳандаи қавии табиӣ бошад.

Усули регрессияи гармоникии динамикӣ бо ҷудо кардани тренд, амплитуда ва тағйири фаза дар маълумоти ҳарорат кӯмак мекунад беҳтар шарҳ дода шавад, ки хок дар умқиҳои гуногун чӣ гуна рафтор мекунад.

Дар минтақаҳои нимхушк, чунки сигналҳои ҳарорат мунтазамтаранд, модел дар тамоми профили хок муваффақонатар кор мекунад. Дар минтақаҳои хушк бошад қабатҳои наздики сатҳ аз сабаби таъсироти қавии атмосфера мураккабтар мешаванд; дар қабатҳои чуқуртар сигнал устувортар аст, бинобар ин қувваи пешгӯӣ зиёд мешавад.

Хулоса, ҳарорати хок танҳо «инъикоси ҳарорати ҳаво ба хок» нест. Вақте бо усули дуруст хонда шавад, метавонад дар бораи ҳаракати об дар дохили хок, интиқоли гармӣ ва тағйироти муҳити зист иттилои арзишманд диҳад.

Дар оянда барои хушксолӣ, идоракунии об ва истеҳсоли кишоварзӣ шояд на танҳо ба нами хок, балки ба забони ҳарорати хок низ бо эҳтиёттари бештар нигоҳ кунем.

Эзоҳи манбаъ ва усул

Ин мавод бо истифода аз таҳқиқоти академии “Dynamic harmonic regression approach for soil water flux estimation and temperature prediction”, ки аз ҷониби Jinting Huang ва Bin Liu омода шудааст, дар формати таҳририи Verianla ба таври аслӣ омода гардидааст.

Таҳқиқоти аслӣ: https://ssrn.com/abstract=6845375

Эзоҳ: Таҳқиқот хусусияти preprint дорад ва дар файл зикр шудааст, ки аз peer-review нагузаштааст. Ин навишта бо мақсади иттилоотӣ ва таълимӣ омода шудааст; маслиҳати истеҳсоли кишоварзӣ, идоракунии об, муҳандисии муҳити зист ё машварати касбӣ нест.