Εφαρμογές του μοντέλου Sim-ReSET για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής
Από RemoteSensing Wiki
Εισαγωγή
Απαραίτητη για πολλές εφαρμογές υδρολογίας, διαχείρισης υδάτων / κατάρτισης υδατικών ισοζυγίων είναι η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ). Μέθοδοι όπως τα λυσίμετρα και η μέθοδος eddy covariance απαιτούν απευθείας μετρήσεις, αμφίβολης ακρίβειας, έχουν μεγάλο κόστος χωρίς να μπορούν να καλύψουν επαρκώς και αποτελεσματικά μεγάλες εκτάσεις. Στη μελέτη αυτή προτείνεται το μοντέλο Simple remote Sensing Evapotranspiration Model (Sim-ReSET) με το οποίο η εξατμισοδιαπνοή εκτιμάται μόνο βάσει δεδομένων δορυφορικών εικόνων.
Περιγραφή Μοντέλου Sim-ReSET
Από δορυφορικές εικόνες MODIS (διακριτικής ικανότητας 1km) για την περίοδο από τον Μάρτιο του 2000 ως το Μάρτιο του 2010 και για ημέρες χωρίς σύννεφα παράχθηκε χάρτης χρήσεων γης της Ασίας (Εικόνα 1), υπολογίστηκε ο Δείκτης Βλάστησης NDVI και εκτιμήθηκαν τιμές θερμοκρασίας. Απαραίτητο είναι και το ύψος των φυτών από βιβλιογραφικούς πίνακες. Η δασική βλάστηση διατηρεί περίπου το ίδιο ύψος κατά τη διάρκεια του χρόνου. Στην περίπτωση των καλλιεργειών και των ποωδών φυτών στα οποία το ύψος μεταβάλλεται ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης στη διάρκεια ενός έτους, υπολογίστηκαν οι μέσοι των φασματικών δεικτών βλάστησης. Η εξατμισοδιαπνοή υπολογίζεται ανάλογα με την έκταση που καλύπτουν σε κάθε πίξελ και σε ουδέτερες συνθήκες η φυτοκόμη και το γυμνό έδαφος, που με τη σειρά τους υπολογίζονται βάσει της καθαρής ακτινοβολίας (Rn), της ροής θερμότητας του εδάφους και της θερμοκρασίας της επιφάνειας της φυτοκόμης, του γυμνού εδάφους και του αέρα, δεδομένα που διατίθενται από παρατηρήσεις δορυφορικών εικόνων (χωρίς νέφωση), προκύπτοντας έτσι ο χάρτης εξατμισοδιαπνοής (Εικόνα 2).
Η επαλήθευση των αποτελεσμάτων έγινε με μετρήσεις από μετεωρολογικούς σταθμούς σε 5 περιοχές της Ασίας, καθένας από τους οποίους αντιπροσώπευε διαφορετική κατηγορία βλάστησης (βοσκότοποι (ΗΒ), αρδευόμενες καλλιέργειες (YC), ορυζώνες (TY), δάσος (QYZ), και έρημο (FK)), επομένως και διαφορετικές κλιματικές συνθήκες, με τις οποίες υπολογίστηκε η εξατμισοδιαπνοή με τη μέθοδο Penman-Monteith.
Αποτελέσματα
Είναι φανερό ότι η εξατμισοδιαπνοή είναι υψηλότερη σε περιοχές κοντά στη θάλασσα με αυξημένη υγρασία. Ακόμα μεγαλύτερες τιμές ΕΤ παρατηρούνται κατά τους θερινούς μήνες στις περιοχές με μεγάλο γεωγραφικό πλάτος λόγω της ανταλλαγής υδρατμών από το αρκτικό δασικό οικοσύστημα. Ωστόσο, η ΕΤ είναι χαμηλότερη σε (ημι-) αρδευόμενες περιοχές. Οι τιμές ΕΤ για κάθε μετεωρολογικό σταθμό. Σε περιοχές με έρημο ή βοσκοτόπους αυξάνεται απότομα την άνοιξη μόλις λιώνουν οι πάγοι και τα χιόνια και μετά από αυτό μειώνεται και πάλι απότομα. Στις περιοχές με αρδευόμενες καλλιέργειες η ΕΤ αυξάνεται την περίοδο ανάπτυξης των καλλιεργειών, ενώ λόγω των υψηλών βροχοπτώσεων στις περιοχές με ορυζώνες και δάση η ΕΤ είναι μεγάλη καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου. Μεγαλύτερες διαφορές παρατηρούνται κατά τους θερινούς μήνες, αφού το χειμώνα και η εξάτμιση και η διαπνοή βρίσκονται σε χαμηλά επίπεδα.
Συμπεράσματα
Το μοντέλο Sim-ReSET πλεονεκτεί στο ότι απαιτεί μόνο βιβλιογραφικά δεδομένα και δεδομένα από δορυφορικές εικόνες. Παρέχουν τη δυνατότητα διαχείρισης χωρικών δεδομένων ακόμα και σε επίπεδο ολόκληρης ηπείρου. Από την επαλήθευση των αποτελεσμάτων του μοντέλου με τους μετεωρολογικούς σταθμούς φαίνεται σε ομοιογενή οικοσυστήματα, όπως τα δάση, οι ορυζώνες και οι βοσκότοποι, τα αποτελέσματα του μοντέλου ήταν ακριβέστερα. Αντίθετα, σε ετερογενείς καλύψεις γης, όπως η αρδευόμενες καλλιέργειες και τα ερημικά οικοσυστήματα, παρατηρούνται μεγάλες αποκλίσεις. Αυτό πιθανά να οφείλεται στο ότι η διακριτική ικανότητα του MODIS είναι μόλις 1kmx1km, άρα δεν μπορούν να εκτιμηθούν σωστά συνθήκες του μικροκλίματος.
Δυνατότητες βελτίωσης
Είναι σαφές από τα παραπάνω ότι η ακρίβεια των αποτελεσμάτων του μοντέλου είναι ανάλογη των τηλεπισκοπικών δεδομένων. Επομένως, η αξιοποίηση νέων τεχνολογιών σημαίνει αυτόματα και βελτίωση του μοντέλου. Έπειτα από αναλύσεις, φάνηκε ότι το μοντέλο επιδέχεται βελτιώσεις στην εκτίμηση της θερμοκρασίας του αέρα και της θερμοκρασίας της επιφάνειας του γυμνού εδάφους (επιφάνεια αναφοράς). Η αδυναμία του MODIS για παρατηρήσεις τις ημέρες με νέφη αποτρέπει την εκτίμηση ημερήσιων τιμών ΕΤ. Όσον αφορά τους δείκτες βλάστησης, λύση μπορούν να αποτελέσουν τεχνολογίες που αξιοποιούν τα μικροκύματα, αλλά για τη θερμοκρασία της επιφάνειας της γης δεν υπάρχει προς το παρόν κάποια άλλη εναλλακτική.
