Μικροκυματική τηλεπισκόπηση της εδαφικής υγρασίας: εκτίμηση από τον TMI/TRMM για την περίπτωση της λεκάνης Little River Tifton, Georgia

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 13:52, 17 Φεβρουαρίου 2015

Μικροκυματική τηλεπισκόπηση της εδαφικής υγρασίας: εκτίμηση από τον TMI/TRMM για την περίπτωση της λεκάνης Little River Tifton, Georgia

1. Αντικείμενο Εφαρμογής

Αντικείμενο της εφαρμογής είναι η σύγκριση επί τόπου μετρήσεων εδαφικής υγρασίας με εκτιμήσεις εδαφικής υγρασίας του TRMM συστήματος απεικόνισης μικροκυμάτων (microwave imager, TMI).

2. Στόχος της Εφαρμογής

Στόχος της εφαρμογής είναι τα αποτελέσματα της σύγκρισης να χρησιμοποιηθούν, για την βαθμονόμηση, επαλήθευση και χαρακτηρισμό των δεδομένων εδαφικής υγρασίας τα οποία λαμβάνονται από τον TRMM/TMI.

3. Χρησιμότητα των δεκτών/καναλιών

Χρησιμοποιούνται δεδομένα από τους κατακόρυφους και οριζόντιους αισθητήρες στα 10.65 GHz του TRMM/TMI και η πυκνότητα βλάστησης Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) από τον Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) για την χρονική περίοδο 1999-2002.

4. Αιτιολόγηση αναγκαιότητάς τους

Υπάρχουν αρκετά δορυφορικά συστήματα τα οποία μπορούν να ανιχνεύσουν την εδαφική υγρασία. Η βαθμονόμηση, επαλήθευση και χαρακτηρισμός των δεδομένων τα οποία λαμβάνονται από αυτά τα συστήματα είναι μια διαδικασία σε εξέλιξη και γίνεται με την σύγκρισή τους με επί τόπου μετρήσεις της εδαφικής υγρασίας.

Σχήμα 1. Μηνιαίες αθροιστικές TMI εκτιμήσεις, εδαφικής υγρασίας, NDVI και βροχόπτωσης.

Σχήμα 2. Παλινδρόμηση μεταξύ μηναίων εκτιμήσεων TMI και μετρήσεων εδαφικής υγρασίας.

5. Ανάλυση δεδομένων

Η περιοχή μελέτης είναι η λεκάνη Little River Tifton, Georgia. Δεδομένα επί τόπου μετρήσεων τα οποία χρονικά βρίσκονται εντός μισής ώρας από το πέρασμα του TMI χρησιμοποιήθηκαν. Μόνο δεδομένα μελετών σε βάθος έως 5 cm χρησιμοποιήθηκαν, διότι οποιαδήποτε βαθύτερη εδαφική υγρασία δεν θα είχε καμία επίδραση στα 10.65 GHz. Παρότι υπάρχουν στιγμιαίες, ταυτόχρονες παρατηρήσεις επί τόπου μετρήσεων και δορυφορικών αισθητήρων, ωστόσο αυτές αθροίζονται σε μηνιαία χρονική περίοδο. Περιοδικές διακυμάνσεις της βροχόπτωσης, βλάστησης, επί τόπου μετρήσεων εδαφικής υγρασίας και πολικών διαφορών του TMI απεικονίζονται στο Σχήμα 1. Τα δεδομένα TMI ακολουθούν τις μετρήσεις εδαφικής υγρασίας, εκτός των εαρινών μηνών. Στο Σχήμα 2 φαίνονται οι γραμμές παλινδρόμησης για τα έτη 2000-2002. Φαίνεται ότι με την αύξηση της εδαφικής υγρασίας, μειώνονται οι πολικές διαφορές. Υπάρχει όμως η εξαίρεση του έτους 2000 όπου οι πολικές διαφορές και η εδαφική υγρασία μειώνονται συγχρόνως. Από την εξέταση των χρονοσειρών της εδαφικής υγρασίας, βροχόπτωσης και πολικών διαφορών, φαίνεται ότι η μεγαλύτερη αύξηση στην εδαφική υγρασία αντιστοιχεί σε μήνες με υψηλή κάλυψη βλάστησης. Ως αποτέλεσμα η πολική διαφορά μειώνεται λόγω της εξασθένισης της βλάστησης, αν και η εδαφική υγρασία αυξάνεται. Παρότι αυτό επαληθεύεται γενικά για την περιοχή για κάθε συγκεκριμένο χρόνο, δηλαδή η κάλυψη βλάστησης είναι μέγιστη κατά τους θερινούς μήνες, αντιστοιχώντας σε υψηλή εδαφική υγρασία, τα άλλα έτη υπάρχει μεγάλη εδαφική υγρασία και αντίστοιχες μεγάλες πολικές διαφορές για χαμηλή κάλυψη βλάστησης επίσης. Μια παρόμοια σχέση φαίνεται και για το δεύτερο μισό του 2001, και σε λιγότερη έκταση τους εαρινούς μήνες του 2002. Η γραμμική παλινδρόμηση για το 2000 αναγκαία βασίζεται μόνο στους τελευταίους μήνες του έτους και αν δεδομένα για όλο το έτος ήταν διαθέσιμα, η προκύπτουσα γραμμική παλινδρόμηση θα ήταν πλησιέστερα στα αποτελέσματα των επόμενων ετών.

6. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων

Χρησιμοποιήθηκαν επί τόπου μετρήσεις εδαφικής υγρασίας. Βρέθηκε ότι ο TMI ήταν ικανός να παρατηρεί τις συνθήκες εδαφικής υγρασίας όταν τα επίπεδα της βλάστησης ήταν χαμηλά. Ωστόσο, κατά την διάρκεια μερικών μηνών κάθε έτους τα υψηλά επίπεδα βλάστησης καλύπτουν το σήμα της εδαφικής υγρασίας από τον TMI. Όταν οι μηνιαίες συναθροισμένες παρατηρήσεις από τους TMI, MODIS και επί τόπου έρευνες υπόκεινται σε μια πολυμεταβλητή σύγκριση η τιμή της συσχέτισης αυξήθηκε ελάχιστα, βελτιώνοντας την ακρίβεια μεταξύ της συσχέτισης TMI-εδαφικής υγρασίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εκτίμηση του TMI δεν θα είχε ως αποτέλεσμα μια επαρκή παρακολούθηση μεγάλων εκτάσεων γης, αλλά όταν χρησιμοποιούνταν σε συνδυασμό με άλλους δορυφορικούς αισθητήρες και επί τόπου δίκτυα τα αποτελέσματα του μοντέλου μπορούν να αποτελέσουν έναν αποτελεσματικό τρόπο παρακολούθησης της εδαφικής υγρασίας της επιφάνειας του εδάφους.

7. Αναφορές

Cashiona J, Lakshmia V, Boschb D, Jackson TJ (2005) Microwave remote sensing of soil moisture: evaluation of the TRMM microwave imager (TMI) satellite for the Little River Watershed Tifton, Georgia. Journal of Hydrology 307(1-4):242-253. doi:10.1016/j.jhydrol.2004.10.019