Εκτίμηση της λειψυδρίας των καλλιεργιών, βασισμένη σε δεδομένα του θεματικού χαρτογράφου του δορυφόρου Landsat.

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 19:04, 13 Ιανουαρίου 2011

Εκτίμηση της λειψυδρίας των καλλιεργιών, βασισμένη σε δεδομένα του θεματικού χαρτογράφου του δορυφόρου Landsat. Ghulam A, LI 2-L, Qin Q, Yimit H, Wang J, Estimating Crop Water Stress with ETM+NIR and SWIR data, Agricultural and Forest, Forest Metereology 148 (2008) 1679-1695
[4]

Αντικέιμενο Μελέτης

Η ψηφιακή τηλεπισκόπηση της έλλειψης νερού σε καλλιέργειες από την ανάκλαση των εγγείς υπέρυθρων (NIR) και μικρών υπέρυθρων μήκων κύματος του οπτικού τομέα παρέχει ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για τη χρήση δορυφορικών δεδομένων στον τομέα της γεωργίας. Η λειψυδρία σε συνδυασμό με την ξηρασία αποτελεί από τα μεγαλύτερα παγκόσμια προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσει η επιστημονική κοινότητα όσον αφορά στην ανάπτυξη του τομέα της γεωργίας και όχι μόνο. Οι δορυφορικές εικόνες αποτελούν μία πολύτιμη βοήθεια στην απόκτηση πληροφοριών για την έλλειψη νερού σε καλλιέργειες (vegetation water stress) και την καταλληλότερη διαχείριση ύδατος στον τομέα της γεωργίας.

Στόχος Εφαρμογής

Οι στόχοι της εφαρμογής είναι οι εξής: 1. Η περαιτέρω διερεύνηση των δυνατοτήτων των NIR και SWIR μήκων κύματος για την εκτίμηση της περιεκτικότητας σε υγρασία FMC (fuel moisture content), η οποία είναι πολύ χρήσιμη για τον προσδιορισμό της ζήτησης νερού σε καλλιέργειες. 2. Η δημιουργία και ανάπτυξη μίας λειτουργικής μεθόδου για την παρακολούθηση της έλλειψης νερού σε καλλιέργειες, η οποία να έχει παραχθεί εξ'ολοκλήρου από δορυφορικές εικόνες και να είναι εντελώς ανεξάρτητη από βοηθητικά δεδομένα.

Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην έρευνα της επίδρασης της επιφανειακής ξηρασίας στη βιοχημεία του ύψους της φυλλωσιάς των σιτηρών με τη βοήθεια του δείκτη έλλειψης νερού VWSI (vegetation water stress index) με σκοπό την παρακολούθηση της ξηρασίας των καλλιεργιών.

Περιοχή μελέτης – Συλλογή δεδομένων

Εδαφικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τρεις περιοχές της Κίνας· της κεντρικής Shunyi που αποτελεί προάστιο του Πεκίνου και άλλων δύο περιοχών της Ningxia, επαρχίας της Βορειοδυτικής Κίνας (Εικόνα 1). Κριτήριο επιλογής ήταν οι περιοχές να εκπροσωπούν διαφορετικά οικοσυστήματα. Χειμερινό σιτάρι καλλιεργήθηκε σε όλους τους τομείς των υπό μελέτη περιοχών κατά την διάρκεια του πειράματος. Βιοφυσικές μεταβλητές του ύψους της φυλλωσιάς των σιτιρών όπως η ισοδύναμη λεπτότητα-πάχος του νερού EWT (equivalent water thickness), η περιεκτικότητα σε υγρασία FMC, η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη, ο δείκτης φυλλικής επιφανείας LAI (leaf area index), καθώς και μετερεωλογικές και υδρολογικές παράμετροι συλλέχθηκαν από τις περιοχές μελέτης.

Μεθοδολογία ανάπτυξης δείκτη VWSI</b>
Σύμφωνα με ανάλυση ευαισθησίας, κατά τη μελέτη δορυφορικών εικόνων από περιοχές με βλάστηση, η ξηρή μάζα των φύλλων (leaf dry matter- DM) και η περιεκτηκότητα των φύλλων σε νερό (EWT), μπορούν να εντοπιστούν μέσω της μελέτης των ανακλάσεων των ακτίνων του φάσματος NIR (near infrared) και του φάσματος SWIR (short wavelength infrared). Μέσω στοιχείων σχετικά με την ανάκλαση των παραπάνω ακτίνων, για μία δορυφορική φωτογραφία μπορεί να υπολογιστεί ο δείκτης VSWI για μία έκταση (εικόνες 2,3). Στο παρόν άρθρο, ο δείκτης VSWI υπολογίστηκε για τις διάφορες δορυφορικές φωτογραφίες που είχαν ληφθεί από τις προαναφερθείσες περιοχές της Κίνας όπου είχαν διενεργηθεί μετρήσεις πεδίου και για τις οποίες είχε προσδιοριστεί ο FMC. Επιπλέον με χρήση του προγράμματος PROSPECΤ, έγινε προσομοίωση δεδομένων από δορυφορικές εικόνες με γνωστό FMC για τις οποίες προσδιορίστηκε ο VSWI. Με τον παραπάνω τρόπο δημιουργήθηκε ένα πλήθος στοιχείων για τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ FMC και VSWI. Με βάση την παραπάνω διερεύνηση παρατηρήθηκε υψηλή συσχέτιση μεταξύ των δύο δεικτών (εικόνα 4).

Συμπεράσματα

Εξετάζοντας τη σύνδεση μεταξύ του δείκτη VWSI και της περιεκτικότητας σε υγρασία FMC μέσω προσομοιώσεων ανάκλασης χρησιμοποιώντας δορυφορικές απεικονίσεις του δορυφόρου Landsat εκτιμήθηκε ότι ο δείκτης VWSI μπορεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για τη δημιουργία και το σχεδιασμό αδρευτικών πλάνων για τις καλλιέργειες. Η “συμπεριφορά” διακύμανση του δείκτη VWSI σε αντιστοιχία με τις διαφορετικές αρδευτικές τεχνικές κατά τη διάρκεια της χειμωνιάτικης καλλιεργιτικής περιόδου των σιτιρών που πραγματοποιήθηκαν στις τρεις περιοχές μελέτης φανέρωσε ότι ο VWSI αντανακλά τη ζήτηση νερού της καλλιέργειες. Οι τιμές του δείκτη VWSI μειώθηκαν πολύ κοντά στο μηδέν κατά τη διάρκεια του αρχικού σταδίου της άρδευσης των καλλιεργειών και αυξήθηκαν κατά το μέγιστο μετά την παύση των αρδευτικών διαδικασιών με την εξάντληση της εδαφικής υγρασίας του ριζικού συστήματος. Τα πρότυπα του δείκτη VWSI για κάθε αρδευτική διαδικασία είναι αντίθετα με τις δυναμικές της FMC και τις υγρασίες του εδάφους κατά τη διάρκεια των φαινολογικών φάσεων. Από τα αποτελέσματα των ερευνών εξήχθη το συμπέρασμα ότι ο VWSI αποτελεί μία αξιόπιστη και αποτελεσματική τεχνική μέθοδο για την παρακολούθηση και την ποσοτικοποιήση της έλλειψης νερού. Έχει μεγάλες δυνατότητες να είναι εφαρμόσιμος ανεξάρτητα από την απόκτηση βοηθητικών δεδομένων, με την χρησιμοποίηση αποκλειστικά ψηφιακών τηλεσκοπικών εικόνων, για τον σχεδιασμό ενός χρονοδιαγράμματος άρδευσης των καλλιεργειών με απώτερο σκοπό την εξοικονόμηση ύδατος.

Εικόνα 1 Περιοχή μελέτης.[1]πηγή

Εικόνα 2 Τραπέζιο που χρησιμοποιείται για το γραφικό προσδιορισμό του δείκτη VSWI από τις δορυφορικές φωτογραφίες.[2]πηγή

Εικόνα 3 Γραφικός προσδιορισμός του VSWI σε διάφορες δορυφορικές φωτογραφίες.[3]πηγή

Εικόνα 4 Διάγραμμα δείκτη VSWI και WDI όπου παρουσιάζεται η καλή μεταξύ τους συσχέτιση