Water resources management in agricultural watersheds using remote sensing
Authors: Σπηλιωτόπουλος Μάριος-Ευστάθιος 
Published: September 2021

Στην παρούσα διατριβή επιχειρείται η συμβολή στη διαχείριση υδατικών πόρων μέσω της λεπτομερούς μελέτης της εξατμισοδιαπνοής που εκτιμάται από τον υπολογισμό του επιφανειακού ενεργειακού ισοζυγίου. Το επιφανειακό ενεργειακό ισοζύγιο μελετάται με τη μεθοδολογία Satellite-based energy balance for Mapping EvapoTRanspiration with Internalized Calibration (METRIC) το οποίο και εφαρμόστηκε με επιτυχία στη λεκάνη απορροής της Λίμνης Κάρλας στην Θεσσαλία. Επίσης, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ανακλαστικότητας στο πεδίο χρησιμοποιώντας το φορητό φασματοραδιόμετρο Geophysical Environmental Research (GER) 1500. Εκατοντάδες επίγειες μετρήσεις ανακλαστικότητας μετατρέπονται στη συνέχεια, με τη χρήση των Relative Spectral Response (RSR) των Landsat TM/ETM+, και με παρεμβολή, σε τιμές συγκρίσιμες με τις αντίστοιχες των αντίστοιχων καναλιών του δορυφόρου Landsat 7. Σαν τελικό αποτέλεσμα δείκτες βλάστησης (VI) μπορούν πλέον να παραχθούν με ακρίβεια και χωρίς την ανάγκη διενέργειας ατμοσφαιρικής διόρθωσης πάνω από καλλιέργειες βαμβακιού, σιταριού, καλαμποκιού, μηδικής και ζαχαροτεύτλων στην περιοχή μελέτης. Περαιτέρω διερεύνηση των δεικτών οδηγεί στην εξαγωγή μέσω παλινδρόμησης ξεχωριστών σχέσεων κι έτσι παράγεται πλέον μια ξεχωριστή τιμή του ειδικού φυτικού συντελεστή Kc για κάθε καλλιέργεια και για κάθε φαινολογικό στάδιο με χωρική ανάλυση 30 m x 30 m. Οι τιμές των φυτικών συντελεστών μπορούν πλέον να εισαχθούν σε μια μέθοδο υπολογισμού υδατικών απαιτήσεων όπως το μοντέλο CROPWAT και να δώσουν τελικά τιμές αρδευτικών απαιτήσεων ανά καλλιέργεια σε mm ύψους βροχής. Κατόπιν εφαρμόζεται η μεθοδολογία καταβιβασμού (downscaling) κατά την οποία διαφαίνεται ότι είναι εφικτή η πρόβλεψη μιας 30 m x 30 m ETa Landsat απεικόνισης για την περιοχή της λίμνης Κάρλας εφαρμόζοντας ένα απλό γραμμικό μοντέλο (linear regression) παραγόμενο από εικόνες MODIS χωρικής ανάλυσης 250 m x 250 m με την προϋπόθεση φυσικά ότι η μεταβλητότητα μέσα σε ένα εικονοστοιχείο MODIS (250 m x 250 m) θεωρείται αναλογικά σταθερή μεταξύ του χρόνου από την ανάκτηση της πρώτης έως την ανάκτηση της δεύτερης εικόνας Landsat. Η μεθοδολογία καταβιβασμού εφαρμόζεται με την ίδια λογική και σε εικόνες του δείκτη NDVI και, τελικά, επιχειρείται η ανάπτυξη ενός νέου συνδυαστικού μοντέλου το οποίο ενσωματώνει τη μεθοδολογία της ανάκτησης δεικτών βλάστησης από επίγεια δεδομένα, και τον καταβιβασμό τιμών του δείκτη βλάστησης NDVI μεταξύ Landsat και MODIS προς όφελος της δημιουργίας γραμμικών εξισώσεων που δίνουν απευθείας καθημερινές τιμές του φυτικού συντελεστή Kc με χωρική ανάλυση 30 m x 30 m. Η πιστοποίηση της πραγματικής εξατμισοδιαπνοής με τη μεθοδολογία METRIC γίνεται βάσει της θεωρητικής μεθόδου Penman-Monteith. Σε δεύτερο στάδιο, η προτεινόμενη μεθοδολογία πιστοποιείται, ανεξάρτητα, με νέες εικόνες Landsat 7 και Landsat 8, οι οποίες δεν έχουν χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη της μεθοδολογίας. Και στα δύο στάδια η πιστοποίηση κρίνεται αρκετά ικανοποιητική. Τέλος, γίνεται μια ανάλυση ευαισθησίας της εκτίμησης των αρδευτικών αναγκών σε συνάρτηση με το πιθανό σφάλμα που προέρχεται από την εκτίμηση των φυτικών συντελεστών. Τα αποτελέσματα και σε αυτή την περίπτωση είναι ενθαρρυντικά.