Υδρολογικές συνέπειες της θερμικής αδράνειας

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: Hydrological implications of remotely sensed thermal inertia Συγγραφέας: VALERIO TRAMUTOLI, PIERLUIGI CLAPS, MAURO MARELLA , NICOLA PERGOLA, CARLA PIETRAPERTOSA , CANIO SILEO Link αρχικού άρθρου: [[http:// https://www.academia.edu/29982739/Hydrological_implications_of_remotely_sensed_thermal_inertia ]]

1. Αντικείμενο εργασίας

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης της διαφοράς θερμοκρασίας την μέρα και την νύχτα σαν δείκτη περιεκτικότητας νερού στο έδαφος βάση δεδομένων υψηλής ραδιομετρικής ανάλυσης μέσω (AVHRR). Στόχος είναι η αξιολόγηση της χρησιμότητας ενός θερμικού δείκτη εδάφους για την εκτίμηση της διαχρονικής μεταβολής της υγρασίας του εδάφους. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης μπορούν να βοηθήσουν τα χωρικά μοντέλα κατακρημνίσεων, τις προβλέψεις πλημμυρών και το μοντέλο ισοζυγίου ύδατος με τον καθορισμό καλύτερων αρχικών συνθηκών. Η θερμική αδράνεια (ATI, η ιδιότητα των υλικών να αντιστέκονται στην αλλαγή θερμοκρασίας) που παρέχουν τα υψηλής ραδιομετρικής ανάλυσης δεδομένα συγκρίθηκε με την καθημερινή κατακρήμνιση και με έναν δείκτη κατακρήμνισης για να ελεγχθεί η συσχέτιση της με τη σχετική περιεκτικότητα σε νερό του εδάφους. Τα αποτελέσματα από τον υπολογισμό του δείκτη (ATI) σε συγκεκριμένη περιοχή μελέτης δείχνουν ότι μπορεί να παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για την εκτίμηση της υγρασίας του εδάφους.

2. Μεθοδολογία

Για την διεκπεραίωση της έρευνας αρχικά έγινε μία αξιολόγηση της εύρεσης υγρασίας εδάφους με τηλεπισκόπιση. Η μέχρι τώρα συνήθης διαδικασία του υπολογισμού της υγρασίας του εδάφους με μικροκύματα (η οποία υστερεί σε χωρική ανάλυση, ειδικά όταν πρόκειται για παθητικούς δέκτες, σε χρονική ανάλυση και κόστος) δεν περιορίζει τη χρησιμότητα άλλων έμμεσων τεχνικών, για πρακτικές υδρολογικές εφαρμογές, που βασίζονται σε μετρήσεις υψηλής ραδιομετρικής ανάλυσης στο οπτικό φάσμα. Οι υδρολογικές εφαρμογές, όπως πλημμυρικά φαινόμενα απαιτούν πληροφορίες σχετικά με την χρονική και χωρική μεταβολή της περιεκτικότητας του εδάφους σε νερό. Για αυτό το σκοπό προτείνονται μετρήσεις με (AVHRR). (AVHRR) είναι ένας σαρωτής που τοποθετείται σε δορυφόρους ,με υψηλή χρονική ανάλυση, χωρική ανάλυση της τάξης του 1 χιλιομέτρου (επαρκεί για την εξέταση λεκανών απορροής) και φασματική ανάλυση που να περιέχει και το θερμικό υπέρυθρο κανάλι. Μια ταξινόμηση σε μια εικόνα με τις προδιαγραφές που προαναφέρθηκαν μπορεί να διακρίνει: (α) τη χρήση ορατών και σχεδόν υπέρυθρων τιμών ανακλαστικότητας (β) χρήση θερμοκρασίας επιφανείας που εκτιμήθηκε στην υπέρυθρη περιοχή και ενδεχομένως με ενσωματωμένο τον δείκτη NDVI. Το θέμα στην παρούσα εργασία είναι η επαναξιολόγηση της θερμικής αδράνειας (ATI) ως δείκτης υγρασίας εδάφους σε συνδυασμό με την συσχέτιση της με τον NDVI. Συγκεκριμένα το νερό παρουσιάζει υψηλή θερμική αδράνεια σε σχέση με το ξηρό έδαφος και τα πετρώματα οπότε καθώς αυξάνεται η υγρασία στο έδαφος αυξάνεται και η θερμική του αδράνεια, μειώνοντας την ημερήσια θερμοκρασία του εδάφους. Έτσι με χρήση δεδομένων με επαρκή χρονική ανάλυση για την παρακολούθηση της ημερησίας μεταβολής θερμοκρασίας και φασματική ανάλυση εξάγονται συμπεράσματα για την θερμική αδράνεια του εδάφους. Τα προβλήματα που μπορούν να επηρεάσουν τα αποτελέσματα του υπολογισμού θερμικής αδράνειας και πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι οι γωνίες λήψης από τον δορυφόρο, το ηλιακό ζενίθιο, η κάλυψη σύννεφων και ειδικά η ύπαρξη πυκνής βλάστησης. Έπειτα γίνεται η συσχέτιση ανάμεση σε θερμική αδράνεια εδάφους και της σχετικής υγρασίας του εδάφους σε συγκεκριμένη περιοχή μελέτης (λεκάνη απορροής) η οποία πληρεί κάποια κριτήρια όπως (α) διαθεσιμότητα των ημερήσιων βροχοπτώσεων και δεδομένων θερμοκρασίας, (β) ομοιογένεια της κάλυψης της γης (γ) ξηρότητα εδάφους και (δ) μέτρια υδατοπερατότητα. Οι μήνες που επιλέχθηκαν για την παρακολούθηση είναι ο Απρίλιος και ο Ιούνιος δύο διαφορετικών ετών. Τα ακατέργαστα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν από (AVHRR) επεξεργάστηκαν και από αυτά χρησιμοποιήθηκαν μόνο οι σκηνές χωρίς σύννεφα. Έτσι δημιουργήθηκαν χάρτες θερμικής αδράνειας για μερικές μέρες πριν και μερικές μέρες μετά από βροχόπτωση. Παράλληλα υπολογίστηκε και ο παλαιότερος δείκτης υγρασίας (API) για να δώσει μία ένδειξη υγρασίας εδάφους από δεδομένα βροχόπτωσης. Τέλος από τον έλεγχο συσχέτισης μεταξύ του (ΑΡΙ) και (ΑΤΙ) αποφάνθηκε ότι βρίσκονται σε επαρκεί συμφωνία. (Fig.1, Fig.2) Τυχόν αποκλίσεις που παρατηρούνται στον ΑΤΙ μέρες χωρίς βροχόπτωση οφείλονται σε πιθανές νεφώσεις κατά τη διάρκεια της ημέρας με αποτέλεσμα την μείωση της θερμοκρασίας του εδάφους.

3. Συμπεράσματα Συμπερασματικά, η συνολική συμπεριφορά της θερμικής αδράνειας εμφανίζεται καλά σχετιζόμενη με την κατακρήμνιση (και το σχετικό API) και μπορεί να συνδεθεί εύλογα με τις παρενέργειες εάν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα θερμοκρασίας. Περαιτέρω ανάλυση της χωρικής μεταβλητότητας του ΑΤΙ ο οποίος μπορεί να είναι σημαντικός για εκτιμήσεις σε πιο ανομοιόμορφη έκταση γης και για την εκτίμηση των προβλημάτων που προκύπτουν από τη μέτρηση των θερμοκρασιακών διαφορών σε περιοχές με υψηλή βλάστηση.