Η ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΙΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ
Από RemoteSensing Wiki
1. Αντικείμενο Εφαρμογής: Η ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΣΤΙΣ ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ
2. Στόχος Εφαρμογής: Οι έρευνες που αναφέρονται σε αυτή τη μελέτη ασχολούνται με τον υπολογισμό γεωφυσικών παραμέτρων, την εκτίμηση της αβεβαιότητας του υπολογισμού αυτού, το καλιμπράρισμα των μοντέλων και την αφομοίωση δεδομένων. Στα πλαίσια της εφαρμογής αυτής θα αξιολογηθεί η συμμετοχή και προσφορά της Τηλεπισκόπησης στις υδρολογικές επιστήμες.
3. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών:
• Εδαφική υγρασία, χιόνι και εξατμισοδιαπνοή των φυτών: Οι πρώτες έρευνες που έγιναν για τη μελέτη των φαινομένων αυτών περιλάμβαναν δεδομένα ενεργητικών μικροκυματικών δεκτών όπως το Advanced Scatterometer (ASCAT) μεταφερόμενο από το μετεωρολογικό δορυφόρο Meteorological Operational (METOP) που έδινε δεδομένα εδαφικής υγρασίας με ανάλυση 25 km μέσα σε 135 λεπτά από τη στιγμή της λήψης. Τα δεδομένα ASCAT είναι δίνουν καλά αποτελέσματα στις μετρήσεις στα 5 cm βάθος και μάλιστα αν φιλτραριστούν σύμφωνα με κατάλληλη εκθετική συνάρτηση τότε μπορούν να δώσουν τιμές για τον Εδαφικό Δείκτη Νερού (SWI) στα 30 cm βάθος. Για μεγαλύτερης ανάλυσης μετρήσεις (<100 m) χρησιμοποιούνται δεδομένα (SAR). Αντίθετα, η χαρτογράφηση των χιονισμένων περιοχών μπορεί να γίνει και με τη χρήση του ορατού και εγγύς υπέρυθρου τμήματος του φάσματος λόγω της υψηλής αντίθεσης που παρατηρείται στην ανακλαστικότητα του χιονιού και του εδάφους ή της βλάστησης. Σε αυτήν την περίπτωση όμως υπάρχει πρόβλημα στο διαχωρισμό του χιονιού από τα σύννεφα ειδικά όταν βρίσκονται πάνω από φωτεινές επιφάνειες. Οι πιο διαδεδομένοι δέκτες για την παρακολούθηση και χαρτογράφηση του χιονιού είναι ο Μoderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) της NASAκαι ο Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System (IMS) της NOAA. Η εξατμισοδιαπνοή δεν μπορεί να υπολογιστεί απευθείας από τα δορυφορικά δεδομένα αλλά από το συνδυασμό αυτών με μοντέλα που περιγράφουν την ανταλλαγή ενέργειας και νερού μεταξύ Γης και ατμόσφαιρας. Για την εξαγωγή των διαφόρων μεταβλητών της γήινης επιφάνειας και της ροής ενέργειας χρησιμοποιούνται εικόνες ASTER (Advanced Space-borne Thermal Emission and Reflection radiometer). Από έρευνες έχει υπολογιστεί ότι το σφάλμα στις εκτιμήσεις από τις εικόνες ASTER σε σχέση με μετρήσεις πεδίου είναι λιγότερο από 10%.
• Εδαφική υγρασία και υδρολογικά μοντέλα: Έχουν γίνει μελέτες σε διάφορες περιοχές όπως Κίνα, Αυστρία κ.α. με σκοπό την αξιολόγηση υδρολογικών μοντέλων. Η αξιολόγηση αυτή έγινε συγκρίνοντας τις μετρήσεις πεδίου, τα δορυφορικά δεδομένα και τις αναμενόμενες τιμές που υποδεικνύουν τα μοντέλα. Χρησιμοποιήθηκε κυρίως το ERS scatterometer για τις εκτιμήσεις της εδαφικής υγρασίας και του SWI. Τα αποτελέσματα των ερευνών έδειξαν ότι όταν η απορροή ήταν η μόνη παράμετρος στο καλιμπράρισμα τότε αυτή προσομοιωνόταν καλά ενώ η συμφωνία μεταξύ προσομοίωσης και παρατηρήσεων/μετρήσεων ήταν χαμηλή. Όμως όταν τέθηκαν ως παράμετροι στο καλιμπράρισμα η απορροή και η εδαφική υγρασία το αποτέλεσμα ήταν η καλή προσομοίωση της εδαφικής υγρασίας χωρίς την υποβάθμιση του μοντέλου απορροής. Το συμπέρασμα λοιπόν είναι ότι τα τηλεπισκοπικά δεδομένα δίνουν τη δυνατότητα καλύτερου καλιμπραρίσματος των μοντέλων με τον υπολογισμό των παραμέτρων τους.
• Χαρακτηρισμός πεδίου και υδραυλικά μοντέλα: Για την εξαγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DTMs) τα οποία απαιτούνται για τη δημιουργία μοντέλων πλημμύρας χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος αερομεταφερόμενου σαρωτή laser (Light Detection and Ranging). Λόγω μη συμβατότητας των DTM με τα υδραυλικά μοντέλα σε όλες τις περιπτώσεις άρχισαν να χρησιμοποιούνται νέας γενιάς δέκτες lidar οι δέκτες full-waveform. Οι δέκτες αυτοί δίνουν παράλληλα με τη γεωμετρική πληροφορία και φυσικές παρατηρήσεις και γι’ αυτό είναι πολύ χρήσιμοι για τη χαρτογράφηση της χαμηλής βλάστησης και άλλων αντικειμένων που μπορούν να επηρεάσουν τη ροή του νερού. Είναι χρήσιμοι επίσης για τον εντοπισμό πρανών και κορυφογραμμών καθώς και για την ταξινόμηση του εδάφους, των δρόμων, των βράχων και της βλάστησης. Ένας άλλος τρόπος βελτίωσης της απόδοσης των μοντέλων είναι το καλιμπράρισμά τους με χάρτες βάθους του νερού, οι οποίοι δημιουργούνται από δορυφορικές εικόνες κατά τη διάρκεια των πλημμύρων. Τέτοιες εικόνες είναι εικόνες SAR γιατί μπορούν να δώσουν αποτελέσματα υπό οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες. Παρ’ όλα αυτά η ποιότητα των χαρτών που δημιουργούνται από δεδομένα SAR υποβαθμίζεται λόγω χωρικής και ραδιομετρικής δ.ι. των δεκτών. Το πρόβλημα αυτό έρχονται να λύσουν τα δεδομένα TerraSAR-X σε συνδυασμό με μοντέλα εδάφους από lidar με βάση τα οποία είναι πιθανή ακόμα και η δημιουργία χαρτών πλημμύρας συγκρίσιμων με αυτούς από τις αεροφωτογραφίες. Τέλος τα δεδομένα SAR δίνουν τη δυνατότητα εξαγωγής παραμέτρων της επιφανειακής τραχύτητας του εδάφους οι οποίες χρησιμεύουν στη βελτίωση της προσομοίωσης της ροής των επιφανειακών νερών σε περιοχές με γυμνό έδαφος.
4. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Όσο αυξάνονται οι απαιτήσεις των ερευνών τόσο περισσότερο θα εμπλέκονται οι τηλεπισκοπικές μέθοδοι σε αυτές. Για το λόγο αυτό απαιτούνται και δεδομένα υψηλότερης ανάλυσης.
ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΑΡΘΡΟ
Remote sensing in hydrological sciences W. Wagner1, N. E. C. Verhoest2, R. Ludwig3, and M. Tedesco4
