Διερεύνηση της ανάγκης χρήσης των υφιστάμενων μετεωρολογικών σταθμών για την αποτελεσματική παρακολούθηση της ζήτησης νερού για...

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 18:43, 8 Φεβρουαρίου 2011

Διερεύνηση της ανάγκης χρήσης των υφιστάμενων μετεωρολογικών σταθμών για την αποτελεσματική παρακολούθηση της ζήτησης νερού για άρδευση στην Κύπρο

Exploring the need of using existing meteorological stations for the effective monitoring of irrigation demand in Cyprus

Συγγραφείς : G. Papadavid, A. Agapiou, A. Nisantzi, S. Michaelides και D.G. Hadjimitsis

Πηγή : Πρακτικά Συνεδρίου, 10ο Comecap 2010 Πάτρα, Δορυφορική τηλεπισκόπηση

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η πραγματική εκτίμηση και ο υπολογισμός της εξατμισοδιαπνοής είναι μια κρίσιμη ανάγκη για τη διαχείριση των υδάτινων πόρων και της ζήτησης νερού προς άρδευση. Οι τιμές εξατμισοδιαπνοής αναφοράς μπορούν να υπολογιστούν με τη χρήση μετεωρολογικών δεδομένων και τυπικών καλλιεργειών αναφοράς χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα εργαλεία, που λέγονται λυσίμετρα. Η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής διεξάγεται, σε ευρεία κλίμακα, συνδυάζοντας συμβατικές μετεωρολογικές μετρήσεις εδάφους με τηλεπισκοπικά δεδομένα.

ΣΤΟΧΟΙ

Το άρθρο θέτει δυο βασικούς στόχους στην προσπάθεια εύρεσης μιας λύσης στο πρόβλημα που εξετάζεται. Πρώτος στόχος είναι η εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής με τη χρήση βοηθητικών μετεωρολογικών δεδομένων και με τη συμβολή δορυφορικών εικόνων χαμηλής ανάλυσης, τύπου MODIS Terra. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται 14 εικόνες MODIS Terra του 2009. Τα αποτελέσματα της εξατμισοδιαπνοής, στην περιοχή των Μανδριών, συγκρίνονται άμεσα με τη μέθοδο FAO Penman-Monteith. Δεύτερος στόχος θεωρείται η εξέταση της ακρίβειας των αυτόματων μετεωρολογικών σταθμών, που βρίσκονται εγκατεστημένοι σε όλο το νησί. Γι 'αυτό το βήμα, χρησιμοποιούνται 3 εικόνες Landsat και οι γεωργικές περιοχές κατατάσσονται σε κατηγορίες ανάλογα με τον πλησιέστερο μετεωρολογικό σταθμό, χρησιμοποιώντας πολύγωνα Thiessen. Η μεθοδολογία αυτή θα βοηθήσει τους παραγωγούς / γεωργούς να αποκτήσουν τα απαραίτητα μετεωρολογικά δεδομένα από τον καταλληλότερο μετεωρολογικό σταθμό, ανάλογα με την περιοχή ενδιαφέροντος, και να υπολογίσουν τις ημερήσιες ανάγκες σε νερό για τις καλλιέργειές τους.

ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Μελέτη περίπτωσης

Τα Μαντριά και τα Κοκκινοχώρια, είναι τεράστιες αρδευόμενες εκτάσεις της νήσου Κύπρου, οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί ως πιλοτικές μελέτες (Εικόνα 1). Γι 'αυτές τις περιοχές η εξατμισοδιαπνοή υπολογίστηκε με βάση μετεωρολογικά και δορυφορικά δεδομένα. Η πρώτη περιοχή χρησιμοποιήθηκε για την επίτευξη του πρώτου στόχου, ενώ και οι δύο περιοχές εξετάστηκαν όσων αφορά το δεύτερο στόχο που είχε τεθεί.

Πόροι

Πρώτος στόχος : Για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής με τη μέθοδο FAO Penman-Monteith, χρησιμοποιήθηκαν βοηθητικά μετεωρολογικά δεδομένα, από τον αυτόματο μετεωρολογικό σταθμό που βρίσκεται εγκατεστημένος στο αεροδρόμιου της Πάφου. Τα διαθέσιμα στοιχεία περιελάμβαναν τη θερμοκρασία του αέρα, την ατμοσφαιρικής πίεση, την ταχύτητα του ανέμου κ.λ.π. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν 14 χαμηλής ανάλυσης εικόνες MODIS Terra κατά το χρονικό διάστημα από τις 25/01/2009 έως τις 09/05/2009. Τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να διαχωριστεί η λευκαύγεια της επιφάνειας του εδάφους από την επιφανειακή αντανάκλαση των καναλιών του αισθητήρα MODIS, στην περιοχή Μανδριά. Παρά το γεγονός ότι αυτές οι εικόνες MODIS έχουν πολύ χαμηλή χωρική ανάλυση, λαμβάνονταν σε καθημερινή βάση και συνεπώς μπορούσαν να βοηθήσουν στην εκτίμηση της εξατμοδιαπνοής. Δεύτερος στόχος : Για να επιτευχθεί η εξέταση της ακρίβειας εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής χρησιμοποιώντας αυτόματα μετεωρολογικά δεδομένα από τους σταθμούς του νησιού, ήταν απαραίτητες τρείς Landsat TM και ETM+ εικόνες. Η ζήτηση νερού προς άρδευση υπολογίστηκε για τις περιοχές των Μαντριών και των Κοκκινοχωριών.

Μεθοδολογία

Η γενική μεθοδολογία, που εφαρμόζεται σε αυτό το άρθρο παρουσιάζεται στην εικόνα 2. Για την επίτευξη του πρώτου στόχου γίνεται χρήση δορυφορικών εικόνων MODIS καθώς και μετεωρολογικών δεδομένων για τον υπολογισμό της ΕΤο. Οι τιμές της ΕΤο που υπολογίστηκαν συγκρίνονται απευθείας με την τις αντίστοιχες τιμές εξατμισοδιαπνοής που πρόεκυψαν με βάση, αποκλειστικά, μετεωρολογικά δεδομένα. Ο δεύτερος στόχος στηρίζεται στη χρήση δυο εικόνων Landsat ΕΤΜ+, μιας εικόνας Landsat ΤΜ και μετεωρολικών δεδομένων, που αντιστοιχούν σε 5 ημέρες, για τον υπολογισμό της ΕΤο. Στη συνέχεια πολλαπλασιάζοντας την ΕΤο με έναν συντελεστή καλλιέργειας προκύπτει η καθημερινή ανάγκη μιας καλλιέργειας σε νερό.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Πρώτος στόχος

Η μέθοδος FAO Penman-Monteith, για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής αναφοράς (ETo), έχει εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες MODIS (παράμετρος λευκαύγειας) και μετεωρολογικά δεδομένα. Τα τελικά αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 και τα γραφικά στην εικόνα. 3. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με τη μέθοδο FAO χρησιμοποιώντας μόνο μετεωρολογικά δεδομένα.

Δεύτερος στόχος

Για να προσδιοριστεί η καταλληλότητα των μετεωρολογικών σταθμών για την εκτίμηση της ETo, εφαρμόστηκε χωρική ανάλυση με τη χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Σε πρώτη φάση χαρτογραφήθηκαν πέντε αυτόματοι μετεωρολογικοί σταθμοί της Κύπρου και στη συνέχεια δημιουργήθηκαν τα πολύγωνα Thiessen, προκειμένου να εντοπιστεί ποια από τις περιοχές ήταν πιο κοντά σε κάποιον από τους σταθμούς και συγκεκριμένα κοντά σε ποιον (Εικόνα 4). Η ETo υπολογίστηκε όπως φαίνεται στον πίνακα 2 για πέντε διαφορετικές ημερομηνίες, σύμφωνα με τη μέθοδο FAO Penman Monteith, χρησιμοποιώντας μόνο μετεωρολογικά δεδομένα. Ένας γεωργός μπορεί να υπολογίσει τις καθημερινές ανάγκες (πραγματική εξατμισοδιαπνοή) μιας καλλιέργειας, με τη χρήση ενός συντελεστή καλλιέργειας ο οποίος στη συνέχεια πολλαπλασιάζεται με την ETo. Όπως φαίνεται από τον πίνακα 2, η επιλογή του πλησιέστερου μετεωρολογικού σταθμού μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας στη διαμόρφωση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων. Σε περιπτώσεις όπου μετεωρολογικά δεδομένα από τον πλησιέστερο μετεωρολογικό σταθμό δεν είναι διαθέσιμα, μία προσέγγιση μπορεί να γίνει με χρήση άλλων μετεωρολογικών σταθμών. Χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες Landsat, η ETo υπολογίστηκε και τα τελικά αποτελέσματα περιλαμβάνονται στους πίνακες 3 και 4 για τις αρδευόμενες περιοχές Κοκκινοχωριών και Μανδριά, αντίστοιχα. Τα υπογραμμισμένα αποτελέσματα θεωρούνται ότι είναι πιο ακριβή, δεδομένου ότι η μετεωρολογικός σταθμός βρίσκεται κοντά στην αρδευόμενη περιοχή ενδιαφέροντος. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν και παρουσιάζονται στους πίνακες 3 και 4, μπορούν να υπολογιστούν οι απώλειες της κατανάλωσης νερού ανά εκτάριο γεωργικής έκτασης. Για την περιοχή Κοκκινοχωριών, οι απώλειες ενός μηνός υπολογίζονται όπως φαίνονται στον πίνακα 5 και για τα Μανδριά όπως παρουσιάζονται στον πίνακα 6. Ένα εξελιγμένο πρόγραμμα άρδευσης μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα και δορυφορικές εικόνες για την εκτίμηση της εξατμοδιαπνοής. Αυτό θα συμβάλει στην ελαχιστοποίηση των απωλειών νερού από τη ζήτηση για άρδευση στην Κύπρο.

ΣΥΖΗΤΗΣΗ

Ελλείψει στοιχείων από έναν κοντινό μετεωρολογικό σταθμό, είναι αποδεκτή η χρησιμοποίηση δεδομένων από κάποιον άλλο σταθμό, οδηγώντας σε ένα σφάλματα από ± 0,45 χιλιοστά / ημέρα έως ± 1,20 χιλιοστά / ημέρα. Η εξατμισοδιαπνοή μπορεί πλέον να υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τόσο μετεωρολογικά όσο και δορυφορικά τηλεπισκοπικά δεδομένα. Η επόμενη μέθοδος που προτείνεται να αξιολογηθεί είναι η μέθοδος SEBAL.