Εκτίμηση της ημερήσιας εξατμισοδιαπνοής με το Μοντέλο 3Τ

[http://www.isprs.org/proceedings/XXXVII/congress/8_pdf/7_WG-VIII-7/08.pdf Xiong Y. J. et. al., 2008. Estimation Of Daily Evapotranspiration By Three-Temperatures Model At Large Catchment Scale The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B8. Beijing 2008]


'''Εισαγωγή''' 

Για τη διαχείριση υδάτων και την κατάρτιση υδατικών ισοζυγίων διάφορες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην εύρεση τρόπων εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής (ΕΤ). Πολλά από τα μοντέλα υπολογισμού της ΕΤ εμφανίζουν πρακτικές δυσκολίες ως προς την εύρεση όλων των απαιτούμενων δεδομένων ή λόγω του ότι εφαρμόζονται μόνο σε ομογενείς επιφάνειες μικρής έκτασης. 

Στην παρούσα μελέτη για την εκτίμηση της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής στη λεκάνη απορροής του ποταμού Jing (Κίνα) προτείνεται η εφαρμογή του μοντέλου τριών θερμοκρασιών (3Τ model). Οι κύριες παράμετροι που προαπαιτούνται είναι οι θερμοκρασίες του αέρα, της επιφάνειας της γης και της επιφάνειας αναφοράς, οι οποίες μπορούν να υπολογιστούν από δορυφορικές εικόνες. 



'''Εφαρμογή του 3T model ''' 
[[Αρχείο:ET_3T-Model_1.png|200px|thumb|right|Εικόνα 1. Στιγμιαία εξατμισοδιαπνοή (mm/h), όπως προέκυψε από την εφαρμογή του μοντέλου 3Τ και την δορυφορική εικόνα (Αύγουστος 1987) για την περιοχή μελέτης]]
Από τη δορυφορική εικόνα από το θεματικό χαρτογράφο της περιοχής μελέτης (λεκάνη απορροής του ποταμού Jing της Κίνας) για την περίοδο του Αυγούστου του 1987 και χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο mono-window υπολογίζεται η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης (της βλάστησης ή του εδάφους ανάλογα με τον Κανονικοποιημένο Δείκτη Βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), δηλαδή της ανάκλασης στο εγγύς υπέρυθρο). Έπειτα, υπολογίζεται η θερμοκρασία του αέρα από διάφορους μετεωρολογικούς σταθμούς, εφαρμόζοντας τα κατάλληλα κλιματικά μοντέλα.

Το μοντέλο 3Τ βασίζεται στο ισοζύγιο ενέργειας. Η εξάτμιση από το έδαφος προκύπτει από τον υπολογισμό του ισοζυγίου ενέργειας συναρτήσει της ροής θερμότητας μεταξύ επιφάνειας του εδάφους και της ατμόσφαιρας και της καθαρής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια του εδάφους, χρησιμοποιώντας ως επιφάνεια αναφοράς (Εξάτμιση =0) το γυμνό και ξηρό έδαφος. Με τον ίδιο τρόπο και συναρτήσει της θερμοκρασίας της φυτοκόμης και της καθαρής ακτινοβολίας που προσπίπτει στη φυτοκόμη, υπολογίζεται η εξάτμιση από τη βλάστηση. Για τον υπολογισμό της διαπνοής, στο ισοζύγιο ενέργειας λαμβάνεται υπόψη επιπροσθέτως και η θερμοκρασία της φυτοκόμης. Τέλος, για το σύνολο της έκτασης η πραγματική ΕΤ προκύπτει από το ποσοστό κάλυψης της βλάστησης, βάσει του Δείκτη NDVI. Πέραν των παραπάνω, πρέπει ακόμα να υπολογιστούν η καθαρή ακτινοβολία, ως ισοζύγιο της προσπίπτουσας και της ανακλώμενης μικρού και μεγάλου μήκους ακτινοβολίας, και, βάσει αυτής, η ροή θερμότητας μεταξύ επιφάνειας και ατμόσφαιρας. 
[[Αρχείο:ET_3T-Model_2.png|200px|thumb|right|Εικόνα 2. Ημερήσια εξατμισοδιαπνοή (mm/h), όπως προέκυψε από την εφαρμογή του μοντέλου 3Τ και την δορυφορική εικόνα (Αύγουστος 1987) για την περιοχή μελέτης]]

Είναι σαφές ότι για την εφαρμογή σε μεγάλη κλίμακα του μοντέλου αυτού πρέπει να βρεθούν τοποθεσίες αναφοράς για το γυμνό έδαφος και για την πλήρη κάλυψη βλάστησης.  Έτσι, θερμοκρασίες αναφοράς για το έδαφος και τη βλάστηση αποτέλεσαν οι μέγιστες θερμοκρασίες που προέκυψαν σε μια δορυφορική εικόνα για κάθε μία από τις κατηγορίες αυτές. 

Με όλες τις παραπάνω τιμές, το μοντέλο 3Τ εκτιμά τη στιγμιαία εξατμισοδιαπνοή σε mm/h και έπειτα την ημερήσια εξατμισοδιαπνοή. 


'''Επαλήθευση του μοντέλου και συμπεράσματα'''

Για την επαλήθευσή τους, τα αποτελέσματα του μοντέλου, αφού ανάχθηκαν σε επίπεδο υπολέκανης απορροής και για 7 ακέραιες υπολεκάνες, συγκρίθηκαν με μετρήσεις της εξατμισοδιαπνοής που έγιναν στα πλαίσια άλλης μελέτης με τη μέθοδο Penman-Monteith με το μοντέλο SWAT. 

Η μέγιστη ΕΤ υπερεκτιμήθηκε σε μικρό βαθμό από το 3Τmodel αλλά σημαντικά για την ελάχιστη ΕΤ. Ωστόσο, το μοντέλο SWAT θεωρήθηκε ότι έδωσε αρκετές μη κανονικές, ακραία χαμηλές τιμές. Αντίθετα, η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων του 3Τmodel δείχνει ότι η ΕΤ ακολουθεί την αναμενόμενη αύξουσα πορεία, χαμηλές τιμές στο γυμνό έδαφος, υψηλές στην πλήρη φυτοκάλυψη και ενδιάμεσες τιμές ΕΤ για ενδιάμεσα ποσοστά κάλυψης της βλάστησης.