S-SEBI: Ένας απλός αλγόριθμος τηλεπισκόπησης για τον υπολογισμό...

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: S-SEBI: Ένας απλός αλγόριθμος τηλεπισκόπησης για τον υπολογισμό του ισοζυγίου επιφανειακής ενέργειας

Πρωτότυπος τίτλος: S-SEBI: A Simple Remote Sensing Algorithm to Estimate the Surface Energy Balance

Συγγραφείς: G. J. Roerink, Z. Su, M. Menenti

Δημοσιεύθηκε: Physics and Chemistry of the Earth, Part B: Hydrology, Oceans and Atmosphere (2000)

Πηγή: https://cutt.ly/tScWWfX

Πίνακας 1 Τα αποτελέσματα των μετρήσεων

Εικόνα 1 Σχηματική απεικόνιση του S-SEBI

Σχέση (1) Ο τύπος του S-SEBI

1. Εισαγωγή

Μια έρευνα πεδίου διεξήχθη κατά τη διάρκεια του Αυγούστου του 1997 στην περιοχή Piano di Rosia στην Τοσκάνη της Ιταλίας. Τόσο οι περιοχές του ισοζυγίου ακτινοβολίας όσο και της επιφανειακής ενέργειας µετρήθηκαν µε διάφορες τεχνικές και για διάφορες τοποθεσίες του πεδίου. Μαζί με μια εικόνα LANDSAT-TM της 23ης Αυγούστου 1997 της ίδιας περιοχής, τα δεδομένα αυτά παρέχουν μια εξαιρετική ευκαιρία για µια βαθιά µελέτη της αλληλεπίδρασης µεταξύ των ακτινοβολίας και των ροών ενέργειας από τη σημειακή προς την περιφερειακή κλίμακα. Μία νέα μέθοδος για την εξαγωγή των επιφανειακών ενεργειακών ροών με χρήση τηλεπισκοπικών μετρήσεων, η οποία ονομάζεται S-SEBI (Simplified Surface Energy Balance Index), αναπτύσσεται, δοκιμάζεται και επικυρώνεται με τα διαθέσιμα δεδομένα. Εάν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες πάνω από την περιοχή μπορούν να θεωρηθούν σταθερές και η περιοχή αντανακλά επαρκείς διακυμάνσεις στις επιφανειακές υδρολογικές συνθήκες, οι ροές μπορούν να υπολογιστούν χωρίς άλλες πληροφορίες εκτός από τις τηλεπισκοπικές εικόνες. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα έναντι άλλων αλγορίθμων ροής τηλεπισκόπησης είναι:

• δεν απαιτούνται πρόσθετα μετεωρολογικά δεδομένα για τον υπολογισμό της ροών εάν υφίστανται τα επιφανειακά υδρολογικά ακρότατα και
• οι ακραίες θερμοκρασίες για τις υγρές και ξηρές συνθήκες ποικίλλουν με τη μεταβολή των τιμών της ανακλαστικότητας, όπου οι άλλες μέθοδοι προσπαθούν να προσδιορίσουν μια σταθερή θερμοκρασία για υγρές και ξηρές συνθήκες για ολόκληρη την εικόνα ή/και για κάθε κατηγορία χρήσης γης.

2. Υλικό και μεθοδολογία

Χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή αποτελεσμάτων:

• Εικόνα LANDSAT-TM data (23 August 1997, 9:30:54 GMT) και ένα χρωματικό σύνθετο των καναλιών 4, 5, 3.
• Δεδομένα DEM, για να διορθωθεί η προσπίπτουσα γωνία του Ηλίου
• Συλλογή δεδομένων στο πεδίο (μετρήσεις ακτινοβολίας και επιφανειακής ενέργειας σε καλλιέργειες ζαχαρότευτλων, αραβοσίτου, ηλίανθου και σιταριού) (Πίνακας 1)

3. Ο αλγόριθμος S-SEBI

Ο αλγόριθμος (S-SEBI) αναπτύχθηκε για την επίλυση του ισοζυγίου επιφανειακής ενέργειας με τεχνικές τηλεπισκόπησης με μέθοδο pixel-by-pixel. Ο τύπος στον οποίο βασίζεται δίνεται από την παρακάτω σχέση (σχέση 1) Πρώτα υπολογίζεται ο όρος της καθαρής ακτινοβολίας ως ο υπόλοιπος όρος όλων των εισερχόμενων και εξερχόμενων βραχέων (SW) και μακρών κυμάτων (Iw) ακτινοβολίας, υπολογίζονται άμεσα με τεχνικές τηλεπισκόπησης. Δεύτερον, η ροή θερμότητας του εδάφους προκύπτει με μια εμπειρική σχέση της βλάστησης και του επιφανειακών χαρακτηριστικών. Έχει παρατηρηθεί ότι η επιφανειακή θερμοκρασία και ανακλαστικότητα των περιοχών με σταθερή ατμοσφαιρική επιρροή συσχετίζονται και ότι οι σχέσεις μπορούν να εφαρμοστούν στον προσδιορισμό των πραγματικών ιδιοτήτων της επιφάνειας της γης. Το S του απλοποιημένου (simplified) στο μοντέλο S-SEBI αντιπροσωπεύει το περίπτωση όπου οι ακραίες θερμοκρασίες μπορούν να υπολογιστούν από την ίδια την εικόνα.

Εικόνα 1 Σχηματική απεικόνιση του S-SEBI

Σχέση (1) Ο τύπος του S-SEBI

4. Αποτελέσματα

Μέσω μια σύνθετης υπολογιστικής διαδικασίας που περιλαμβάνει τους παρακάτω όρους:

• Επιφανειακή λευκαύγεια
• NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
• Επιφανειακή θερμοκρασία
• Συνολική ακτινοβολία
• Θερμοροή χώματος
• Αισθητή ακτινοβολία
• Λανθάνουσα ακτινοβολία
• Κλάσμα εξάτμισης

Και εξάγονται τα επιθυμητά αποτελέσματα. (Εικόνες 2,3,4,5)

Εικόνα 2 Σχέση επιφανειακής ανακλαστικότητας και θερμοκρασίας

Εικόνα 3 Σχέση μετρημένης και υπολογισμένης με S-SEBI θερμοροής

Εικόνα 4 Σχέση μετρημένης και υπολογισμένης με S-SEBI λανθάνουσας θερμοροής

Εικόνα 5 Σχέση μετρημένου και υπολογισμένου με S-SEBI κλάσματος εξάτμισης

5. Συμπεράσματα

Αυτή η μελέτη περίπτωσης για τη χαρτογράφηση του ενεργειακού ισοζυγίου στην Τοσκάνη της Ιταλίας με δεδομένα LANDSAT-TM έδωσε πολύ ελπιδοφόρα αποτελέσματα. Εάν οι εικόνες εισόδου της επιφανειακής θερμοκρασίας παρουσιάζουν μεγάλη διακύμανση στις επιφανειακές συνθήκες (υγρές/ξηρές, σκοτεινή/φωτεινή) και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι σταθερές σε όλη την περιοχή της εικόνας, το μοντέλο S-SEBI είναι μια μάλλον απλή μέθοδος για τον καταμερισμό των όρων του ενεργειακού ισοζυγίου της επιφάνειας χωρίς πρόσθετα δεδομένα πεδίου. Γενικά μπορεί να ειπωθεί ότι η μέθοδος S-SEBI λειτουργεί κατάλληλα για εικόνες υψηλής ανάλυσης, όπως LANDSAT-TM, για ετερογενείς και κάπως ξηρότερες περιοχές, όπως η περιοχή της Μεσογείου. Προβλήματα θα εμφανιστούν όταν εφαρμόζεται σε πιο υγρές περιοχές, αφού τα δεδομένα τηλεπισκόπησης δεν θα δεν θα περιέχουν «ξηρά» εικονοστοιχεία.