Τηλεπισκοπική ανάλυση των διακυμάνσεων υπόγειων υδάτινων αποθεμάτων στην λεκάνη του ποταμού Hains στην Κίνα.
Από RemoteSensing Wiki
| Γραμμή 1: | Γραμμή 1: | ||
| - | [[Category: ]] | + | [[Category: Υδατικοί πόροι]] |
| - | '''Τηλεπισκοπική ανάλυση των διακυμάνσεων υπόγειων υδάτινων αποθεμάτων στην λεκάνη του ποταμού | + | '''Τηλεπισκοπική ανάλυση των διακυμάνσεων υπόγειων υδάτινων αποθεμάτων στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα''' |
| - | + | Detection of human-induced evapotranspiration using GRACE satellite observations in the Haihe River basin of China | |
'''Συγγραφείς:''' Xu, Haili & Pan, Yun & Gong, Huili & Zhou, Demin | '''Συγγραφείς:''' Xu, Haili & Pan, Yun & Gong, Huili & Zhou, Demin | ||
| Γραμμή 10: | Γραμμή 10: | ||
'''Abstract''' | '''Abstract''' | ||
| + | |||
| + | Η τοπική εξατμισοδιαπνοή (ΕΤ) μπορεί να ενισχύεται από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η άρδευση και η κατακράτηση σε ταμιευτήρες. Σε αυτήν την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα σχετικά με την αποθήκευση χερσαίων υδάτων μέσω της Ανάκτησης Βαρύτητας και Κλιματικού Πειράματος (Gravity Recovery and Climate Experiment - GRACE) προκειμένου να ανιχνευθεί η προκλειθήσα από τον άνθρωπο αλλαγή της τοπικής εξατμισοδιαπνοής (ET) στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα. Η σύγκριση μεταξύ των μηνιαίων εκτιμήσεων της ΕΤ με βάση την GRACE (2005-2012) και οι μοντελοποιήσεις της ΕΤ μέσω του Παγκόσμιου Συστήματος Εξομοίωσης (GLDAS) υποδηλώνουν πως η ΕΤ οφείλεται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες λόγω της εκτεταμένης υπόγειας άρδευσης από τον Μάρτιο μέχρι τον Μάιο και μπορεί να εντοπιστεί μόνο από το GRACE. | ||
'''Εισαγωγή''' | '''Εισαγωγή''' | ||
| - | + | ||
| + | Δεδομένης της μοναδικής ικανότητας παρακολούθησης των χερσαίων αποθεμάτων νερού (TWS) από το διάστημα, οι μετρήσεις βαρύτητας από την δίδυμη αποστολή δορυφόρων GRACE χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα με άλλα βοηθητικά δεδομένα, που αφορούν κυρίως κατακρημνίσεις και ροή υδάτων, ώστε να υπολογιστεί η τοπική εξατμισοδιαπνοή (ΕΤ). Oι περισσότερες από αυτές τις μελέτες επικεντρώνονται στην σύγκριση των εκτιμήσεων GRACE της ΕΤ από την διαχείριση των υδάτινων πόρων (ΕΤGWB) με άλλες μεθόδους όπως οι προσομοιώσεις μοντέλων επιφάνειας γης (LSM) ή τις τεχνικές τηλεπισκόπησης όπως η μέτρια ανάλυση απεικόνισης φασματοραδιόμετρου (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - MODIS) (Corbari et al.,2014). H ET δεν επηρεάζεται μόνο από παράγοντες του φυσικού κλίματος και της βλάστησης αλλά και από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η άρδευση και η άντληση υπόγειων υδάτων. | ||
| + | Είναι κοινά παραδεκτό πως η GRACE μπορεί να εντοπίσει αλλαγές στο TWS (το άθροισμα των αποθηκευμένων επιφανειακών υδάτων (SWS), στην αποθήκευση της υγρασίας του εδάφους (SMS) και της αποθήκευσης των υπόγειων υδάτων (GWS)) που προκαλούνται τόσο από φυσικούς όσο και από ανθρωπογενείς παράγοντες. Σε αυτήν την μελέτη ακολουθήθηκε παρόμοια προσέγγιση με τους Castle et al.,2016 για τον υπολογισμό της ΕΤ για την λεκάνη του ποταμού Haihe (HRB) στην Βόρεια Κίνα που χαρακτηρίζεται από εκτεταμένη άντληση υπόγειων υδάτων. Αυτή η περιοχή κατοικείται από 120 εκατομμύρια ανθρώπους και παράγει το 10% των συνολικών σιτηρών της Κίνας. Σε αυτήν την μελέτη τα μηνιαία δεδομένα GRACE (2005-2012) επαληθεύτηκαν πρώτα με επιτόπιες μετρήσεις για τα επιφανειακά ύδατα, την υγρασία του εδάφους, τα επίπεδα των υπόγειων υδάτων και στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ΕΤGWB. | ||
'''Μεθοδολογία''' | '''Μεθοδολογία''' | ||
| - | + | Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την μελέτη εμπίπτουν σε 5 κατηγορίες: | |
| + | 1) GRACE level-2 Release 05 σφαιρικές αρμονικές (SH) λύσεις που δόθηκαν από το κέντρο για την έρευνα του διαστήματος και χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή μηνιαίων TWS ανωμαλιών TWSA και TWSC, | ||
| + | 2) την παρατηρημένη TWS περιλαμβάνοντας δεδομένα από επιφανειακά ύδατα από 32 κύριες δεξαμενές, την υγρασία εδάφους από 148 σταθμούς, τα επίπεδα υποθαλάσσιων υδάτων σε 137 παρατηρούμενα πηγάδια | ||
| + | 3) τα ετήσια πλέγματα (0.5ο) κατακρημνίσεων από τον Μετερεολογικό Σταθμό της Κίνας (CMA) | ||
| + | 4) οι υπολογισμοί της ΕΤ από τα GLDAS και MODIS που χρησιμοποιήθηκαν για την σύγκριση για την ETGWB και | ||
| + | 5) τόσο η ΕΤ που προσομοιάστηκε από το τοπικό υδρολογικό μοντέλο και ο υπολογισμός στο ΕΤΗ που βασίζεται σε πληροφορίες για την κατανάλωση του νερού που χρησιμοποιήθηκαν για να επαληθεύσουν περεταίρω την ΕΤGWB. | ||
'''Αποτελέσματα''' | '''Αποτελέσματα''' | ||
| + | Η εικόνα 2a παρουσιάζει τις μηνιαίες κατακρημνίσεις κατά την περίοδο 2005-2012 για τα συστατικά TWS (SWS,SMS, GWS) και τις παρατηρούμενες ανωμαλίες. Όπως παρατηρείται η εποχιακή μεταβλητότητα και η μακροχρόνια τάση μείωσης της TWS προκαλούνται κυρίως από το GWS, ενώ η μεταβλητότητα μέσα στην κάθε εποχή προκαλείται κυρίως από το SMS. H εικόνα 2b συγκρίνει την TWSA από τα δεδομένα GRACE, και τις επιτόπιες μετρήσεις με τον R (συντελεστή συσχέτισης) καθώς και την μέση τετραγωνική ρίζα του σφάλματος (RMSE). Στις εικόνες 3α και 3β απεικονίζονται οι μέσες ετήσιες τιμές για τους εποχιακούς κύκλους TWSA και TWSC από την βάση δεδομένων GRACE, οι επιτόπιες μετρήσεις και ο μέσος όρος από 4 GLDAS LSMs. Oι εικόνες 3c και 3d καταγράφουν τις αντίστοιχες μέσες τιμές των ετήσιων κύκλων των κατακρημνίσεων και των απορροών. Όπως φαίνεται η TWSA παραμένει υψηλή κατά την περίοδο από τον Δεκέμβριο έως τον Μάρτιο και στην συνέχεια μειώνεται μέχρι να φτάσει το ετήσιο ελάχιστο τον Ιούνιο πριν αυξηθεί ξανά κατά το δεύτερο μισό του χρόνου. Τα εποχιακά πρότυπα της TWSA στην λεκάνη του ποταμού Haihe μπορούν να αποδοθούν τόσο σε ανθρώπινες όσο και σε φυσικές επιδράσεις όπως οι εντατικές εκταμιεύσεις υπόγειων υδάτων για ποτιστική χρήση χειμερινών σιτηρών. Oι εικόνες 4 α και 4β απεικονίζουν τις μηνιαίες μέσες τιμές για τους εποχιακούς κύκλους για τους δείκτες ΕΤGWB, ETOWB, και ΕΤ και τις εκτιμήσεις από τα GLDAS και MODIS. Γενικά το ETGWB ταιριάζει αρκετά καλά με το με το ΕΤOWB, ενώ τόσο τα GLDAS και τα MODIS υποδηλώνουν πως οι ασυνέπειες μεταξύ των υπολογισμών ΕΤ ταιρίαζουν με τις πρακτικές διαχείρισης των τοπικών αποθεμάτων υδάτων. Η ΕΤGWB παρουσιάζει διπλή κορυφή τον Μάιο και τον Αύγουστο παρομοίως με το ETOWB, κάτι που συνδέεται στενά με την εναλλαγή καλλιεργειών μεταξύ αραβόσιτου (Ιούνιος-Οκτώβριος) και σιταριού (Οκτωβρίου-Ιουνίου). Μάλιστα η παραγωγή σιταρίου βασίζεται ιδιαίτερα στην άρδευση με υπόγεια ύδατα, που αγγίζει το 57% των συνολικής ετήσιας κατανάλωσης νερού ( Liu et al.,2002), ενώ ο αραβόσιτος καταναλώνει ελάχιστο ποσοστό υπόγειων υδάτων καθώς βασίζεται σε καλοκαιρινές βροχοπτώσεις (Lei and Yang,2010). [[Αρχείο:κ2.png|200px|thumb|left|Εικόνα 2: Μηνιαία δεδομένα για την περίοδο 2005-2012 για α) κατακρημνίσεις από CMA και επιτόπιες μετρήσεις του συνολικού TWSA, b) Εκτιμήσεις από τον μέσο όρο των GLDAS LSMs, GRACE δεδομένων και επιτόπιων μετρήσεων. Και γ) η ανάλογη TWSC, δηλαδή η μηνιαία αλλαγή της TWSA. ]][[Αρχείο:κ3.png|200px|thumb|right|Eικόνα 3: Oι ετήσιοι μέσοι κύκλοι για a) TWSA, b) TWSC από δεδομένα GRACE και επιτόπιες μετρήσεις και μέσοι όροι των εκτιμήσεων για μοντελοποίησεις GLDAS, c) κατακρημνίσεις από CMA και d) απορρόες από τις επιτόπιες μετρήσεις]] [[Αρχείο:κ4.png|200px|thumb|left|Εικόνα 4: Δεδομένα από την χρονική περίοδο 2005-2012 για α) μηνιαίες αλλαγές, b) μέσους ετήσιους κύκλους, c) ετήσιες αλλαγές για το ΕΤ από τον μέσο όρο των 4 GLDAS LSMs. d) μέσος ετήσιος κύκλος του ΕΤΗ από το στατιστικό δελτίο, e) διάγραμμα διασποράς για τις ετήσιες κατακρημνίσεις από την ΕΤ που βασίζεται στην GRACE καθώς και στην ΕΤ από το στατιστικό δελτίο]] | ||
'''Συμπεράσματα''' | '''Συμπεράσματα''' | ||
| + | |||
| + | Σε αυτήν την μελέτη εξετάζεται η δυναμική των δεδομένων GRACE TWS σχετικά με την διαχείριση υδάτινων πόρων στον εντοπισμό ανθρωπωγενών ΕΤ αλλαγών στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα. Τα μηνιαία δεδομένα για την περίοδο 2005-2012 από τα GRACE TWSA και ΤWSC συγκρίθηκαν με τις επιτόπιες μετρήσεις, όσο και με τις προσομοιώσεις GLDAS. Τα GRACE TSWA βρέθηκαν σε συμφωνία με τις επιτόπιες μετρήσεις. Όσον αφορά στα GLDAS παρουσιάζουν τάση ελαφρής αύξησης, καθώς τα GLDAS LSMs δεν προσομοιώνουν τις διεργασίες των υπόγειων υδάτων. Οι εκτιμήσεις για την ET που βασίζεται στην GRACE εμφανίζει μια διπλή εποχιακή κορυφή (τον Μάιο και τον Αύγουστο) και είναι σε συμφωνία με τους υπολογισμούς για τα αποθέματα υδάτων που βασίζονται σε επιτόπιες μετρήσεις, και το οποίο ταιριάζει με την εκτεταμένη χρήση των υπόγειων υδάτων για την άρδευση του σιταριού στην λεκάνη του ποταμού Haine. | ||
| + | Συμπερασματικά αυτή η μελέτη τονίζει την μοναδική ικανότητα των δορυφόρων να παρακολουθούν τις διακυμάνσεις στα αποθέματα νερού, που οφείλονται τόσο σε κλιματικούς όσο και ανθρωπογενής παράγοντες, συγκρίνοντας τις προσομοιώσεις GLDAS σε περιοχές με έντονη ανθρωπογενή επίδραση, όπως η χρήση των υπόγειων υδάτων για άρδευση. | ||
Παρούσα αναθεώρηση της 10:47, 10 Φεβρουαρίου 2022
Τηλεπισκοπική ανάλυση των διακυμάνσεων υπόγειων υδάτινων αποθεμάτων στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα
Detection of human-induced evapotranspiration using GRACE satellite observations in the Haihe River basin of China
Συγγραφείς: Xu, Haili & Pan, Yun & Gong, Huili & Zhou, Demin
Πηγή: [[1]]
Abstract
Η τοπική εξατμισοδιαπνοή (ΕΤ) μπορεί να ενισχύεται από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η άρδευση και η κατακράτηση σε ταμιευτήρες. Σε αυτήν την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα σχετικά με την αποθήκευση χερσαίων υδάτων μέσω της Ανάκτησης Βαρύτητας και Κλιματικού Πειράματος (Gravity Recovery and Climate Experiment - GRACE) προκειμένου να ανιχνευθεί η προκλειθήσα από τον άνθρωπο αλλαγή της τοπικής εξατμισοδιαπνοής (ET) στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα. Η σύγκριση μεταξύ των μηνιαίων εκτιμήσεων της ΕΤ με βάση την GRACE (2005-2012) και οι μοντελοποιήσεις της ΕΤ μέσω του Παγκόσμιου Συστήματος Εξομοίωσης (GLDAS) υποδηλώνουν πως η ΕΤ οφείλεται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες λόγω της εκτεταμένης υπόγειας άρδευσης από τον Μάρτιο μέχρι τον Μάιο και μπορεί να εντοπιστεί μόνο από το GRACE.
Εισαγωγή
Δεδομένης της μοναδικής ικανότητας παρακολούθησης των χερσαίων αποθεμάτων νερού (TWS) από το διάστημα, οι μετρήσεις βαρύτητας από την δίδυμη αποστολή δορυφόρων GRACE χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα με άλλα βοηθητικά δεδομένα, που αφορούν κυρίως κατακρημνίσεις και ροή υδάτων, ώστε να υπολογιστεί η τοπική εξατμισοδιαπνοή (ΕΤ). Oι περισσότερες από αυτές τις μελέτες επικεντρώνονται στην σύγκριση των εκτιμήσεων GRACE της ΕΤ από την διαχείριση των υδάτινων πόρων (ΕΤGWB) με άλλες μεθόδους όπως οι προσομοιώσεις μοντέλων επιφάνειας γης (LSM) ή τις τεχνικές τηλεπισκόπησης όπως η μέτρια ανάλυση απεικόνισης φασματοραδιόμετρου (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer - MODIS) (Corbari et al.,2014). H ET δεν επηρεάζεται μόνο από παράγοντες του φυσικού κλίματος και της βλάστησης αλλά και από ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η άρδευση και η άντληση υπόγειων υδάτων. Είναι κοινά παραδεκτό πως η GRACE μπορεί να εντοπίσει αλλαγές στο TWS (το άθροισμα των αποθηκευμένων επιφανειακών υδάτων (SWS), στην αποθήκευση της υγρασίας του εδάφους (SMS) και της αποθήκευσης των υπόγειων υδάτων (GWS)) που προκαλούνται τόσο από φυσικούς όσο και από ανθρωπογενείς παράγοντες. Σε αυτήν την μελέτη ακολουθήθηκε παρόμοια προσέγγιση με τους Castle et al.,2016 για τον υπολογισμό της ΕΤ για την λεκάνη του ποταμού Haihe (HRB) στην Βόρεια Κίνα που χαρακτηρίζεται από εκτεταμένη άντληση υπόγειων υδάτων. Αυτή η περιοχή κατοικείται από 120 εκατομμύρια ανθρώπους και παράγει το 10% των συνολικών σιτηρών της Κίνας. Σε αυτήν την μελέτη τα μηνιαία δεδομένα GRACE (2005-2012) επαληθεύτηκαν πρώτα με επιτόπιες μετρήσεις για τα επιφανειακά ύδατα, την υγρασία του εδάφους, τα επίπεδα των υπόγειων υδάτων και στην συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ΕΤGWB.
Μεθοδολογία
Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτήν την μελέτη εμπίπτουν σε 5 κατηγορίες: 1) GRACE level-2 Release 05 σφαιρικές αρμονικές (SH) λύσεις που δόθηκαν από το κέντρο για την έρευνα του διαστήματος και χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή μηνιαίων TWS ανωμαλιών TWSA και TWSC, 2) την παρατηρημένη TWS περιλαμβάνοντας δεδομένα από επιφανειακά ύδατα από 32 κύριες δεξαμενές, την υγρασία εδάφους από 148 σταθμούς, τα επίπεδα υποθαλάσσιων υδάτων σε 137 παρατηρούμενα πηγάδια 3) τα ετήσια πλέγματα (0.5ο) κατακρημνίσεων από τον Μετερεολογικό Σταθμό της Κίνας (CMA) 4) οι υπολογισμοί της ΕΤ από τα GLDAS και MODIS που χρησιμοποιήθηκαν για την σύγκριση για την ETGWB και 5) τόσο η ΕΤ που προσομοιάστηκε από το τοπικό υδρολογικό μοντέλο και ο υπολογισμός στο ΕΤΗ που βασίζεται σε πληροφορίες για την κατανάλωση του νερού που χρησιμοποιήθηκαν για να επαληθεύσουν περεταίρω την ΕΤGWB.
Αποτελέσματα
Η εικόνα 2a παρουσιάζει τις μηνιαίες κατακρημνίσεις κατά την περίοδο 2005-2012 για τα συστατικά TWS (SWS,SMS, GWS) και τις παρατηρούμενες ανωμαλίες. Όπως παρατηρείται η εποχιακή μεταβλητότητα και η μακροχρόνια τάση μείωσης της TWS προκαλούνται κυρίως από το GWS, ενώ η μεταβλητότητα μέσα στην κάθε εποχή προκαλείται κυρίως από το SMS. H εικόνα 2b συγκρίνει την TWSA από τα δεδομένα GRACE, και τις επιτόπιες μετρήσεις με τον R (συντελεστή συσχέτισης) καθώς και την μέση τετραγωνική ρίζα του σφάλματος (RMSE). Στις εικόνες 3α και 3β απεικονίζονται οι μέσες ετήσιες τιμές για τους εποχιακούς κύκλους TWSA και TWSC από την βάση δεδομένων GRACE, οι επιτόπιες μετρήσεις και ο μέσος όρος από 4 GLDAS LSMs. Oι εικόνες 3c και 3d καταγράφουν τις αντίστοιχες μέσες τιμές των ετήσιων κύκλων των κατακρημνίσεων και των απορροών. Όπως φαίνεται η TWSA παραμένει υψηλή κατά την περίοδο από τον Δεκέμβριο έως τον Μάρτιο και στην συνέχεια μειώνεται μέχρι να φτάσει το ετήσιο ελάχιστο τον Ιούνιο πριν αυξηθεί ξανά κατά το δεύτερο μισό του χρόνου. Τα εποχιακά πρότυπα της TWSA στην λεκάνη του ποταμού Haihe μπορούν να αποδοθούν τόσο σε ανθρώπινες όσο και σε φυσικές επιδράσεις όπως οι εντατικές εκταμιεύσεις υπόγειων υδάτων για ποτιστική χρήση χειμερινών σιτηρών. Oι εικόνες 4 α και 4β απεικονίζουν τις μηνιαίες μέσες τιμές για τους εποχιακούς κύκλους για τους δείκτες ΕΤGWB, ETOWB, και ΕΤ και τις εκτιμήσεις από τα GLDAS και MODIS. Γενικά το ETGWB ταιριάζει αρκετά καλά με το με το ΕΤOWB, ενώ τόσο τα GLDAS και τα MODIS υποδηλώνουν πως οι ασυνέπειες μεταξύ των υπολογισμών ΕΤ ταιρίαζουν με τις πρακτικές διαχείρισης των τοπικών αποθεμάτων υδάτων. Η ΕΤGWB παρουσιάζει διπλή κορυφή τον Μάιο και τον Αύγουστο παρομοίως με το ETOWB, κάτι που συνδέεται στενά με την εναλλαγή καλλιεργειών μεταξύ αραβόσιτου (Ιούνιος-Οκτώβριος) και σιταριού (Οκτωβρίου-Ιουνίου). Μάλιστα η παραγωγή σιταρίου βασίζεται ιδιαίτερα στην άρδευση με υπόγεια ύδατα, που αγγίζει το 57% των συνολικής ετήσιας κατανάλωσης νερού ( Liu et al.,2002), ενώ ο αραβόσιτος καταναλώνει ελάχιστο ποσοστό υπόγειων υδάτων καθώς βασίζεται σε καλοκαιρινές βροχοπτώσεις (Lei and Yang,2010).
Συμπεράσματα
Σε αυτήν την μελέτη εξετάζεται η δυναμική των δεδομένων GRACE TWS σχετικά με την διαχείριση υδάτινων πόρων στον εντοπισμό ανθρωπωγενών ΕΤ αλλαγών στην λεκάνη του ποταμού Haihe στην Κίνα. Τα μηνιαία δεδομένα για την περίοδο 2005-2012 από τα GRACE TWSA και ΤWSC συγκρίθηκαν με τις επιτόπιες μετρήσεις, όσο και με τις προσομοιώσεις GLDAS. Τα GRACE TSWA βρέθηκαν σε συμφωνία με τις επιτόπιες μετρήσεις. Όσον αφορά στα GLDAS παρουσιάζουν τάση ελαφρής αύξησης, καθώς τα GLDAS LSMs δεν προσομοιώνουν τις διεργασίες των υπόγειων υδάτων. Οι εκτιμήσεις για την ET που βασίζεται στην GRACE εμφανίζει μια διπλή εποχιακή κορυφή (τον Μάιο και τον Αύγουστο) και είναι σε συμφωνία με τους υπολογισμούς για τα αποθέματα υδάτων που βασίζονται σε επιτόπιες μετρήσεις, και το οποίο ταιριάζει με την εκτεταμένη χρήση των υπόγειων υδάτων για την άρδευση του σιταριού στην λεκάνη του ποταμού Haine. Συμπερασματικά αυτή η μελέτη τονίζει την μοναδική ικανότητα των δορυφόρων να παρακολουθούν τις διακυμάνσεις στα αποθέματα νερού, που οφείλονται τόσο σε κλιματικούς όσο και ανθρωπογενής παράγοντες, συγκρίνοντας τις προσομοιώσεις GLDAS σε περιοχές με έντονη ανθρωπογενή επίδραση, όπως η χρήση των υπόγειων υδάτων για άρδευση.
