Χωρική κατανομή δυνητικής εξατμισοδιαπνοής βασισμένη στα δορυφορικά στοιχεία του δορυφόρου NOAA/AVHRR και τα GIS

Από RemoteSensing Wiki

Περίληψη

Η πιθανή εξατμισοδιαπνοή (ETp) είναι μια σημαντική συνιστώσα του υδρολογικού κύκλου. Χρησιμοποιείται συνήθως ως βάση για την εκτίμηση της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής, για τον καθορισμό των εξισώσεων του υδατικού ισοζυγίου και κατ’ επέκταση για τη λογική διαχείριση των υδάτινων πόρων. Η παρούσα μελέτη υπολογίζει την πιθανή εξατμισοδιαπνοή (ETp) χρησιμοποιώντας τεχνικές τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS), στο υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας.

Εικόνα 1: Γεωγραφική θέση της περιοχής μελέτης

Εικόνα 2:Η λεκάνη απορρόης του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας

Για την εκτίμηση ETp, χρησιμοποιείται η θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους (lst), η οποία εξάγεται από τα κανάλια 4 και 5 του δορυφόρου NOAA/AVHRR, για την περίοδο 1981 ως 2001, και συνδυάζεται με τους συντελεστές συγκομιδής. Η εξαγωγή των αποτελεσμάτων γίνεται με την χρήση της μεθόδου Blaney - Criddle. Τα τελικά αποτελέσματα παρουσιάζονται με την μορφή χαρτών του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, με χρονικό βήμα δέκα ημερών για το διάστημα 1981-2001. Αυτοί οι χάρτες αποτελούν σημαντικά εργαλεία για την εκτίμηση ξηρασίας στην περιοχή και τη λογική χρήση των υδάτινων αποθεμάτων.

Εισαγωγή

Στην παρούσα μελέτη, για την εκτίμηση ETp χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Blaney-Criddle. Αυτή η μέθοδος ανήκει στις εμπειρικές μεθόδους για τον υπολογισμό ETp και αναπτύχθηκε κυρίως σε περιοχές της δυτικής Αμερικής των οποίων οι κλιματολογικές συνθήκες εμφανίζονται ανάλογες των συνθηκών του Μεσογειακού χώρου (Papazaphiriou, 1984). Επίσης, αυτή η μέθοδος απαιτεί και μετεωρολογικά στοιχεία που είναι διαθέσιμα και εύκολο να συγκεντρωθούν.

Εικόνα 3:Συντελεστής συγκομιδής Ιανουαρίου για το υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας (100 x 100m pixel size).

Εικόνα 4:Συντελεστής συγκομιδής Ιουνίου για το υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας (100 x 100m pixel size)

Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία παρουσιάζει δύο σημαντικές καινοτομίες. Η πρώτη αφορά την αποτύπωση του μηνιαίου συντελεστή βλάστησης για όλη την περιοχή μελέτης (για μέγεθος εικονοστοιχείου 100x100 m). Η δεύτερη αφορά την χρήση δορυφορικών δεδομένων τα οποία παρέχουν πληροφορίες για την περιοχή μελέτης σε επίπεδο εικονοστοιχείου (pixel).

Υλικά και Μέθοδοι

Για την εφαρμογή της μεθόδου, χρησιμοποιήθηκαν: Δορυφορικές εικόνες του δορυφόρου NOAA/AVHRR (για την εξαγωγή της θερμοκρασίας από τα θερμικά κανάλια καθώς και δείκτης κανονικοποιημένης βλάστησης NDVI), θερμοκρασία αέρα από τους μετεωρολογικούς σταθμούς της περιοχής, πίνακες του συντελεστή συγκομιδής k (για κάθε τύπο βλάστησης), πληροφορίες για τις χρήσεις γης των εδαφών της Θεσσαλίας από το CORINE 2000 καθώς και δεδομένα προσδιορισμού των ορίων του υδατικού διαμερίσματος (με χρήση του λογισμικού ArcGIS 9.1).

Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε είναι βασισμένη κυρίως στις θερμοκρασίες αέρα. Η θερμοκρασία αέρα υπολογίστηκε από τα δεδομένα 9 μετεωρολογικών σταθμών της περιοχής (Ζαγορά, Αρχίαλος, Αγιά, Βόλος, Λάρισα, Τσαριτσάνη, Τύρναβος, Καρδίτσα και Καλαμπάκα). Κατόπιν, επεκτάθηκε χωρικά χρησιμοποιώντας τις δορυφορικές εικόνες θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους (LST) της περιοχής, αφού πρώτα μετατράπηκαν οι τιμές τους σε θερμοκρασία αέρα. Η μετατροπή έγινε με βάση ενός συντελεστή συσχέτισης με τις περιοχές όπου βρίσκονται οι μετεωρολογικοί σταθμοί. Ο σκοπός αυτού του σταδίου είναι να μετατραπούν οι LST εικόνες στις εικόνες σε τιμές θερμοκρασίας αέρα, για κάθε εικονοστοιχείο της περιοχής.

Οι τιμές του συντελεστή συγκομιδής k, που αντιστοιχεί σε κάθε τύπο βλάστησης, αναλύθηκε με χρήση του λογισμικού GIS. Έτσι, για την εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής λήφθηκε υπόψη και η θερμοκρασία αέρα αλλά και η χωρική ανομοιομορφία της βλάστησης στην περιοχή μελέτης. Κατόπιν, με βάση όλα αυτά τα στοιχεία παράγονται, με την βοήθεια των GIS, δώδεκα χάρτες της περιοχής βασισμένοι στο CORINE 2000 καθώς και ένας ενοποιημένος χάρτης των τύπων βλάστησης. Οι δώδεκα χάρτες, ένας για κάθε μήνα του έτους, χρησιμοποιούνται στο τελικό μοντέλο εκτίμησης της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής. Οι εικόνες 3 και 4 παρουσιάζουν χάρτες του συντελεστή συγκομιδής για τον Ιανουάριο και τον Ιούλιο, αντίστοιχα.

Αποτελέσματα

Με βάση τα δεδομένα στα GIS και τα δορυφορικά στοιχεία, προέκυψαν οι χάρτες δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με χρονικό βήμα 10 ημερών για ολόκληρη την χρονοσειρά των 21 ετών (από το 1981 μέχρι το 2001). Οι χάρτες απεικονίζουν όλο το υδατικό διαμέρισμα της περιφέρειας Θεσσαλίας. Η εκτίμηση της ETp, έγινε με δύο διαφορετικούς τρόπους. Αρχικά, χρησιμοποιώντας τους διαφοροποιημένους συντελεστές συγκομιδής, σύμφωνα με τον τύπο βλάστησης και των χρήσεων εδάφους, και κατόπιν, χρησιμοποιώντας τον ενοποιημένο συντελεστή συγκομιδής, ίσο με 0.68, για κάθε μήνα και ολόκληρη την περιοχή.

Οι εικόνες 5 και 6 απεικονίζονται οι χάρτες δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με τον διαφοροποιημένο και ενοποιημένο συντελεστή συγκομιδής αντίστοιχα. Αναφέρονται δε και οι δύο στην ίδια χρονική περίοδο (Ιανουάριος 1982). Συγκρίνοντας τις εικόνες 5 και 6, εντοπίζονται αρκετά διαφοροποιημένα στοιχεία. Η χρήση διαφοροποιημένων συντελεστών συγκομιδής, στην εικόνα 5, παρουσιάζει μεγαλύτερη ακρίβεια και περισσότερη λεπτομέρεια. Αυτό οφείλεται και κατά ένα μεγάλο μέρος και στην διαφοροποίηση στο μέγεθος των εικονοστοιχείων.

Εικόνα 5:Χάρτης δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με τον διαφοροποιημένο συντελεστή συγκομιδής (Ιανουάριος 1982)

Εικόνα 6:Χάρτης δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με τον ενοποιημένο συντελεστή συγκομιδής (Ιανουάριος 1982)

Στις εικόνες 7 και 8 παρουσιάζονται οι τιμές της ΕΤp για τον Ιούλιο του 1982 με τον διαφοροποιημένο και ενοποιημένο συντελεστή συγκομιδής αντίστοιχα.

Εικόνα 7:Τιμές της ΕΤp για τον Ιούλιο του 1982 με τον διαφοροποιημένο συντελεστή συγκομιδής

Εικόνα 8:Τιμές της ΕΤp για τον Ιούλιο του 1982 με τον ενοποιημένο συντελεστή συγκομιδής

Συμπεράσματα

Τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την εφαρμογή αφορούν την μεθοδολογική προσέγγιση και την χωρική κατανομή της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής. Η μέθοδος Blaney - Criddle φαίνεται επαρκής για την περιγραφή του φαινομένου σε μια περιοχή με μεσογειακό κλίμα, άλλωστε δημιουργήθηκε και εφαρμόστηκε για πρώτη φόρα σε περιοχή με ανάλογες κλιματικές συνθήκες. Επιπλέον, η εξατμισοδιαπνοή αποτελεί βασικό παράγοντα υπολογισμού των περισσοτέρων δεικτών ξηρασίας (π.χ. PDSI της μεθόδου Palmer) οπότε είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του φαινομένου σε μια περιοχή. Σημαντικό τέλος, είναι το γεγονός ότι η μέθοδος δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες δυσκολίες τόσο στον υπολογισμό όσο και στην συγκέντρωση στοιχείων, εφόσον το μόνο δεδομένο που απαιτείται είναι η θερμοκρασία.

Πηγή: Kanellou E., Domenikiotis C., Dalezios N. (2008). SPATIALLY DISTRIBUTED POTENTIAL EVAPOTRANSPIRATION BASED ON NOAA/AVHRR SATELLITE DATA AND GIS