Προσδιορισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας στην ξηρά και της υγρασίας του εδάφους από τον Tropical Rainfall Measuring Mission

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 15:54, 17 Φεβρουαρίου 2015

Προσδιορισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας στην ξηρά και της υγρασίας του εδάφους από τον Tropical Rainfall Measuring Mission/ Δεδομένα Τηλεπισκόπησης του συστήματος απεικόνισης μικροκυμάτων

1. Αντικείμενο Εφαρμογής

Αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος για τον προσδιορισμό της επιφανειακής θερμοκρασίας στην ξηρά και της εδαφικής υγρασίας με χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης από το σύστημα απεικόνισης μικροκυμάτων (Microwave Imager, TMI) του Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM).

2. Στόχος της Εφαρμογής

Εφαρμόζεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος σε δεδομένα τηλεπισκόπησης του TRMM/TMI και παράγονται οι χρονικές και χωρικές κατανομές των επιφανειακών θερμοκρασιών ξηράς και των εδαφικών υγρασιών στην περιοχή του κεντρικού οροπεδίου του Θιβέτ.

3. Χρησιμότητα των δεκτών/καναλιών

Χρησιμοποιούνται δεδομένα του TMI του TRMM. Ο TMI είναι ένα ραδιόμετρο μικροκυμάτων με πολλαπλά διπολικά κανάλια στα 10.7 GHz, 19.4 GHz, 37.0 GHz και 85.5 GHz.

4. Χρήση επιπρόσθετων δεδομένων

Για την επαλήθευση της προτεινόμενης μεθόδου χρησιμοποιούνται μετρήσεις θερμοκρασίας εδάφους και εδαφικής υγρασίας και συγκρίνονται με αυτές που παράγονται από τον TRMM.

5. Αιτιολόγηση αναγκαιότητάς τους

Οι κύριες απόπειρες στην έρευνα που διενεργείται με την χρήση του TRMM/TMI επικεντρώνονται στην εκτίμηση της τροπικής βροχόπτωσης. Στην παρούσα μελέτη επιχειρείται η εύρεση ενός αλγορίθμου για την εκτίμηση της επιφανειακής θερμοκρασίας και της εδαφικής υγρασίας.

6. Μεθοδολογία

Χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος ο οποίος είναι βασισμένος σε διεργασίες μεταφοράς ακτινοβολίας και μια προχωρημένη λύση μη γραμμικών συστημάτων. Στην συνέχεια η ανάλυση σφάλματος, η επαλήθευση και η σύγκριση μεταξύ μετρήσεων εδάφους και ανακτώμενων αποτελεσμάτων πραγματοποιούνται. Η σχέση μεταξύ της ανακτώμενης ανακλασιμότητας Fresnel του TRMM/TMI και των μετρήσεων εδαφικής υγρασίας καθορίζεται. Αυτή η σχέση επεκτείνεται σε μια εφαρμογή στην χωρική κλίμακα, όπου χωρική κατανομή επιφανειακών θερμοκρασιών και υγρασίας εδάφους παρουσιάζονται.

Σχήμα 1. Λεπτομερείς θέσεις και κατανομές μετρητικών σταθμών.

Σχήμα 2. Η περιοχική κατανομή της θερμοκρασίας σύμφωνα με τον TRMM/TMI στις 13 Σεπτεμβρίου 1998, 14:54 GMT (a) 10.5 GHz οριζόντια πολικότητα, (b) 19.0 GHz οριζόντια πολικότητα, (c) 21.4 GHz οριζόντια πολικότητα.

Σχήμα 3. Η χωρική κατανομή των εκτιμώμενων εδαφικών θερμοκρασιών και των εδαφικών υγρασιών εκτιμώμενες στην περιοχή του Θιβέτ στις 13 Σεπτεμβρίου 1998, 14:54 GMT.

7. Περιοχή μελέτης

Η περιοχή μελέτης είναι το κεντρικό οροπέδιο του Θιβέτ. Λόγω της ανομοιογένειας της περιοχής είναι δύσκολη η εκτίμηση κλιματικών μεταβλητών μέσω τηλεπισκόπησης, ενώ η πρόσβαση σε περιοχές για την εγκατάσταση μετρητικών σταθμών είναι αδύνατη. Εννιά μετρητικοί σταθμοί είναι εγκατεστημένοι στην περιοχή (Σχήμα 1).

8. Αποτελέσματα

Η χωρική κατανομή της πρωτογενούς επιφανειακής θερμοκρασίας φαίνεται στο Σχήμα 2. Φαίνονται οι μεγάλες υδατικές περιοχές. Ωστόσο η φωτεινότητα της θερμοκρασίας σε μοναδικό κανάλι είναι ανεπαρκής πληροφορία για άμεσα συμπεράσματα σχετικά με την επιφανειακή θερμοκρασία και την εδαφική υγρασία, επειδή είναι μια συνδυασμένη αντίδραση που οφείλεται στην επιφανειακή θερμοκρασία, την εδαφική υγρασία και την τραχύτητα. Έτσι ο αλγόριθμος αναμένεται να εκτιμήσει σωστά την επιφανειακή θερμοκρασία και την εδαφική υγρασία. Με την εφαρμογή του αλγορίθμου παράγονται αποτελέσματα όπως στο Σχήμα 3.

9. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων

Βασισμένοι σε εξισώσεις μεταφοράς ακτινοβολίας μικροκυμάτων και τις παρατηρήσεις δεδομένων του TRMM/TMI σε κανάλια χαμηλής συχνότητας, ένας αλγόριθμος για τον προσδιορισμό της επιφανειακής θερμοκρασίας και της εδαφικής υγρασίας αναπτύχθηκε. Με τον προτεινόμενο αλγόριθμο και τα δεδομένα του TRMM/TMI οι επιφανειακές θερμοκρασίες και οι εδαφικές υγρασίες ανακτήθηκαν τόσο σε κλίμακα σημείου όσο και σε χωρική. Για την επαλήθευση του αλγορίθμου, μετρήσεις θερμοκρασίας και εδαφικής υγρασίας χρησιμοποιήθηκαν. Οι εκτιμώμενες επιφανειακές θερμοκρασίες συμφωνούν με τις μετρήσεις. Μια γραμμική σχέση υπάρχει μεταξύ μετρήσεων εδαφικής υγρασίας και εκτιμήσεών της. Η συμφωνία των ανωτέρω δεν είναι μόνο στην σημειακή και χωρική κλίμακα αλλά και στις στατιστικές τους ιδιότητες. Έτσι ο προτεινόμενος αλγόριθμος είναι επιτυχής στην ανάκτηση των ζητούμενων μεταβλητών.

10. Αναφορές

Wen J, Su Z, Ma Y (2003) Determination of land surface temperature and soil moisture from Tropical Rainfall Measuring Mission/Microwave Imager remote sensing data. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012) 108(D2):ACL 2-1–ACL 2-10. doi:10.1029/2002JD002176