Ανάκτηση της υγρασίας του εδάφους με τηλεπισκόπηση χρησιμοποιώντας εικόνες ENVISAT-ASAR: Μία περίπτωση μελέτης για τα προάστια του Πεκίνου
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing Retrieval of Soil Moisture Using ENVISAT-ASAR Images: A Case Study in Suburban Region of Peking, China
Συγγραφείς: Xuhua Cai, Huili Gong, Xiaojuan Li, Lin Zhu
Πηγή: Geoinformatics, 2010 18th International Conference
Ι. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η υγρασία του εδάφους είναι μια ιδιαίτερα μεταβλητή συνιστώσα του εδάφους και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στις ανταλλαγές υλικών και ενέργειας μεταξύ γης και ατμόσφαιρας. Είναι επίσης η βασική παράμετρος για την ανάπτυξη των καλλιεργειών και την πρόβλεψη της απόδοσής τους. Γι’ αυτό το λόγο πολλοί επιστήμονες έχουν επικεντρώσει την έρευνά τους στην εκτίμηση της υγρασίας του εδάφους και στις μεταβολές της σε διάφορες χρονικές και χωρικές κλίμακες.
Με τα χαρακτηριστικά της παρατήρησης της ευρύτερης περιοχής συγχρονισμένα, έγκαιρα και οικονομικά, η τεχνική της τηλεπισκόπησης καθιστά δυνατή την παρακολούθηση της δυναμικής υγρασίας του εδάφους. Η παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους με τηλεπισκόπηση έχει ιστορία 30 ετών, ενώ έχουν γίνει πολλές έρευνες στο πεδίο αυτό, συμπεριλαμβανομένων μεθοδολογιών τηλεπισκόπησης στο ορατό και υπέρυθρο με βάση τις μεθόδους NVDI (Normalized Difference Vegetation Index), υπερφασματικής τηλεπισκόπησης με βάση αλγόριθμο, μικροκυματικής τηλεπισκόπησης κ.ο.κ.. Μεταξύ αυτών των μεθόδων, η μικροκυματική έχει το μεγάλο πλεονέκτημα στην ανάκτηση της υγρασίας του εδάφους ανεξάρτητα από τις καιρικές συνθήκες, την κάλυψη νεφών και ηλιακού φωτισμού.
Η τεχνική SAR (Synthetic Aperture Radar) είναι πολύ ευαίσθητη στις συνθήκες της επιφάνειας του εδάφους, ιδιαίτερα στην τραχύτητα και στο ποσοστό της υγρασίας στα πρώτα εκατοστά του εδάφους από την επιφάνεια. Ιδιαίτερες προσπάθειες έχουν αφιερωθεί στη μικροκυματική τηλεπισκόπηση για τη μελέτη της απόκρισης οπισθοσκέδασης του ραντάρ από φυσικές επιφάνειες. Ηλεκτρομαγνητικά μοντέλα οπισθοσκέδασης (μοντέλα Kirchoff, the small perturbation model (SPM)) και το Μοντέλο της Ολοκληρωμένης Εξίσωσης (Integral Equation Model, ΙΕΜ) αναπτύχθηκαν για την εξέταση αυτού του ζητήματος. Ωστόσο, πειραματικές μετρήσεις έδειξαν ότι αυτά περιορίζονται σε λείες ή πολύ τραχείες επιφάνειες του εδάφους. Αυτές οι δυσκολίες οφείλονται σε δύο παράγοντες: πρώτον, στο ότι η περιγραφή της τραχύτητας του εδάφους βασίζεται μόνο σε δύο παραμέτρους (το ύψος rms (s) και το μήκος συσχέτισης (l)), και γενικά σε μία εκθετική εξίσωση συσχέτισης για όλες τις επιφάνειες, και δεύτερον, στις φυσικές προσεγγίσεις που εισάγονται στα μοντέλα. Για παράδειγμα, το μοντέλο SPM ισχύει μόνο για πολύ λεία εδάφη, οι προσεγγίσεις του μοντέλου Kirchoff για πολύ τραχείες επιφάνειες, ενώ για το ΙΕΜ δεν έχει ανιχνευθεί ακόμη μια μεγάλη περιοχή ισχύος για πραγματικά γεωργικά εδάφη.
Το σήμα του ραντάρ στο κανάλι C είναι ευαίσθητο στην υγρασία της επιφάνειας του εδάφους. Το κανάλι C μπορεί να βρεθεί σε δορυφόρους όπως ο ERS-2 (European Remote Sensing Satellite), ο RADARSAT και ο ENVISAT (Environment Satellite). Οι μετρήσεις στο κανάλι C επηρεάζονται, εκτός από την υγρασία του εδάφους, από τη φυτοκάλυψη και την τραχύτητα της επιφάνειάς του. Πολλές στατιστικές και εμπειρικές μέθοδοι έχουν προταθεί για την ανάκτηση της υγρασίας της επιφάνειας εδάφους χρησιμοποιώντας δεδομένα ENVISAT/ASAR για γυμνές ή καλυμμένες με βλάστηση γεωργικές εκτάσεις. Επειδή όμως υπάρχουν περιορισμοί στην εφαρμογή των στατιστικών ή εμπειρικών μοντέλων, χρησιμοποιούνται αλγόριθμοι για την εκτίμηση της υγρασίας της επιφάνειας του εδάφους των γεωργικών εκτάσεων.
