Παρακολούθηση της γεωργικής ξηρασίας με χρήση της θερμοκρασίας...
Από RemoteSensing Wiki
Παρακολούθηση της γεωργικής ξηρασίας με χρήση της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους και του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένων διαφορών της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας Sentinel 3A
Συγγραφείς: Xingbang Hu, Huazhong Ren, Kevin Tansey, Yitong Zheng, Darren Ghent, Xufang Liu, Lei Yan
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Επειδή η γεωργική ξηρασία είναι ένα αρκετά επιβλαβές φαινόμενο, τα τελευταία χρόνια δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην παρακολούθησή της μέσω δορυφορικών απεικονίσεων. Στην εργασία αυτή, χρησιμοποιούνται προϊόντα του νέου δέκτη Sentinel-3A, της ΕSA, για τον υπολογισμό του δείκτη κατάστασης θερμοκρασίας βλάστησης (VTCI). Αρχικά, γίνεται η συσχέτιση της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους LST (από τον δέκτη MODIS) με τον δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένων διαφορών (NDVI), για να αποδειχτεί ότι ο VTCI είναι αξιόπιστος, ενώ αναφέρεται σε θερμούς μήνες όπου οι LST και NDVI παρουσιάζουν αρνητική αυτοσυσχέτιση. Η περιοχή μελέτης είναι η πεδιάδα Hetao της Εσωτερικής Μογγολίας στην Κίνα.
1.Εισαγωγή
Η γεωργική ξηρασία, δηλαδή η περίοδος με έλλειμμα εδαφικής υγρασίας, σχετίζεται με τις καλλιέργειες και με οικονομικές απώλειες, κυρίως στις αναπτυσσόμενες χώρες (Wilhite, 2005). Γενικά, η ξηρασία μελετάται μέσω διαφόρων δεικτών που σχετίζονται κυρίως με τη βροχόπτωση,. Ωστόσο, επειδή αυτοί οι δείκτες παρουσιάζουν διάφορα προβλήματα, εισάγονται δορυφορικές μέθοδοι παρακολούθησης του φαινομένου. Η τηλεπισκόπηση δίνει αποτελέσματα για μεγάλες εκτάσεις, με καλή χωρική ανάλυση και σε σύντομο χρονικό διάστημα, κυρίως μέσω του NDVI ο οποίος ξεχωρίζει τις καλλιέργειες από το έδαφος και υποδεικνύει τυχόν ασθένειες του φυτού (Pettorelli et al., 2005). Το ραδιόμετρο θερμοκρασίας θαλάσσης και εδάφους (SLSTR) του Sentinel 3A χρησιμοποιείται για να υπολογιστεί ο VTCI και να συγκριθεί με τα αντίστοιχα αποτελέσματα του MODIS.
2.Περιοχή μελέτης και δεδομένα
2.1. Πεδιάδα Hetao
Η περιοχή αυτή επιλέχθηκε διότι έχει χαμηλή βροχόπτωση και είναι επιρρεπής σε ξηραντικά φαινόμενα λόγω του ερημικού κλίματός της. Παρόλα αυτά, θεωρείται μία από τις σημαντικές καλλιεργητικές περιοχές της Κίνας (Guo et al., 2008) (Εικόνα 1) [2].
2.2.Δεδομένα εικόνων
Ο NDVI υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το κόκκινο και εγγύς υπέρυθρο κανάλι του SLSTR, αφού προηγήθηκε ατμοσφαιρική διόρθωση της εικόνας. Οι ημερομηνίες ενδιαφέροντος είναι 28 Ιουλίου, 12 και 18 Αυγούστου του 2017. Η μόνη περίοδος βροχόπτωσης είναι το διάστημα μεταξύ 28 Ιουλίου και 12 Αυγούστου.
3.Μέθοδος παρακολούθησης γεωργικής ξηρασίας
3.1.Ανάλυση συσχέτισης LST-NDVI
Σαν αναφορά χρησιμοποιήθηκαν οι τιμές LST και NDVI του MODIS, επειδή έχουν χρησιμοποιηθεί πολλάκις στο παρελθόν με πολύ αξιόπιστα αποτελέσματα. Το αποτέλεσμα είναι οι δύο αυτοί δείκτες να παρουσιάζουν αρνητική συσχέτιση τον Απρίλιο και τους καλοκαιρινούς μήνες, όπου η ηλιακή ακτινοβολία έχει υψηλές τιμές και επηρεάζει τις καλλιέργειες.
3.2.Μέθοδος VTCI για παρακολούθηση της γεωργικής ξηρασίας
Ο δείκτης VTCI υπολογίζεται ως εξής: VTCI=(LSTNDVIi,max-LSTNDVIi)/(LSTNDVIi,max-LSTNDVIi,min), όπου LSTNDVIi,max = a + b·NDVIi and LSTNDVIi,min = a′ + b′·NDVIi, με a, b, a’, b’ οι συντελεστές των γραμμικών εξισώσεων των διασπορών των LSTNDVIi,max και LSTNDVIi,min. Όσο μικρότερη η τιμή του VTCI τόσο πιο έντονη είναι η ξηρασία. Πιο συγκεκριμένα, οι τιμές ταξινομούνται ως εξής: 0.0 < VTCI ≤ 0.2 (ακραία ξηρό), 0.2 < VTCI ≤ 0.4 (ξηρό), 0.4 < VTCI ≤ 0.6 (ισόρροπο), 0.6 < VTCI ≤ 0.8 (υγρό), και 0.8 < VTCI ≤ 1.0 (πολύ υγρό) (Wang et al. 2004). Ακολουθούν τα αποτελέσματα για τις 28 Ιουλίου (Εικόνα 2α, β, γ, δ, ε).
4.Αποτελέσματα παρακολούθησης γεωργικής ξηρασίας και ανάλυση
4.1.Χρονική συμπεριφορά του VTCI από τον Sentinel-3A SLSTR
Υπολογίστηκαν οι διαφορές αποτελεσμάτων του Sentinel 3A για τις 28 Ιουλίου και 12 Αυγούστου. Η διαφορά ήταν κυρίως θετική, το οποίο υποδηλώνει ότι το φαινόμενο της ξηρασίας εξασθένησε ανάμεσα στις δύο ημερομηνίες.
4.2.Σύγκριση χρησιμοποιώντας προϊόντα MODIS LST και προϊόντα ανάκλασης επιφανείας
Ταυτόχρονα με τα αποτελέσματα του Sentinel 3A, όμοια αποτελέσματα εξήχθησαν και από τον MODIS. Έτσι ανάμεσα στους δύο δέκτες υπολογίστηκαν οι διαφορές τους (Εικόνα 3). Η καλλιεργούμενη περιοχή έδωσε διαφορές από -0,1-0,1, πράγμα που σημαίνει υψηλή ομοιότητα στα αποτελέσματα.
5.Συζήτηση και συμπέρασμα
Ο συνδυασμός του LST και NDVI, καθώς και ο δείκτης VTCI μπορούν να δώσουν ικανοποιητικότατα αποτελέσματα όσον αφορά την ξηρασία, κυρίως σε περιοχές φτωχές σε επίγεια δεδομένα όπου δεν μπορούν να εφαρμοστούν οι κλασσικοί δείκτες ξηρασίας. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ Sentinel και MODIS ήταν ο καθοριστικός παράγοντας επιτυχίας της μελέτης, καθώς για καλλιεργήσιμες εκτάσεις παρατηρούνται παρόμοια αποτελέσματα.
Αναφορές
Guo, H., Yang, S., Tang, X., Li, Y., Shen, Z., 2008. Groundwater geochemistry and its implications for arsenic mobilization in shallow aquifers of the Hetao basin, Inner Mongolia. Sci. Total Environ. 393 (1), 131–144.
Pettorelli, N., Vik, J.O., Mysterud, A., Gaillard, J.M., Tucker, C.J., Stenseth, N.C., 2005. Using the satellite-derived NDVI to assess ecological responses to environmental.
Wang, C., Qi, S., Niu, Z., Wang, J., 2004. Evaluating soil moisture status in China using the temperaturevegetation dryness index (TVDI). Can. J. Remote Sens. 30 (5), 671–679.
Wilhite, D.A., 2005. Drought and Water Crises: Science, Technology, and Management Issues 86. CRC Press, pp. 432.
