Χρήση σύγχρονων εποπτικών μεθόδων για την εκτίμηση υδρολογικών χαρακτηριστικών λεκάνης απορροής. Εφαρμογή στην υπολεκάνη της Αγιάς.
Creators: name: Καλαντζή, Άλκηστις Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Εδαφική υγρασία
Αισθητήρες εδαφικής υγρασίας
Δορυφορική τηλεπισκόπηση
Soil moisture
Soil moisture sensors
Satellite remote sensing

description: Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ επίγειων μετρήσεων εδαφικής υγρασίας με μετρήσεις εδαφικής υγρασίας από δορυφορικά δεδομένα. Αρχικά παρουσιάστηκε η σημασία της μέτρησης της εδαφική υγρασίας καθώς και οι κυριότερες εφαρμογές της. Περιγράφηκαν αναλυτικά τόσο οι επίγειες όσο και οι υπέργειες μέθοδοι μέτρησης εδαφικής υγρασίας. Δόθηκε, επίσης, έμφαση στην χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης για τις μετρήσεις αυτές και πιο συγκεκριμένα στις μετρήσεις εδαφικής υγρασίας που παρέχει το προϊόν SSM1km του δορυφόρου Sentinel-1. Έπειτα παρουσιάστηκε η περιοχή μελέτης, δηλαδή η πιλοτική λεκάνη του Υδρολογικού Παρατηρητηρίου του Πηνειού, καθώς και οι περιοχές αναφοράς εντός αυτής. Για τις περιοχές αυτές χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις εδαφικής υγρασίας του Ινστιτούτου Εδαφοϋδατικών Πόρων – ΕΛΓΟ ΔΗΜΗΤΡΑ, από αισθητήρες τεχνολογίας «Frequency domain reflectometry» και ανίχνευσης νετρονίων. Τα δεδομένα αυτά αναλύθηκαν ως προς την χωροχρονική διακύμανση της εδαφικής υγρασίας στην εκάστοτε περιοχή αναφοράς. Το χρονικό διάστημα που αντιστοιχεί στα δεδομένα υγρασίας ερευνήθηκε στο σύνολο του, ενώ στη περίπτωση που η περιοχή αναφοράς αντιστοιχούσε σε αρδευόμενο αγρό, χωρίστηκε σε αρδευτική και μη αρδευτική περίοδος. Στην εν λόγω ανάλυση χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα εδαφολογικών χαρακτηριστικών και υδραυλικών παραμέτρων. Στη συνέχεια έγινε λήψη δορυφορικών εικόνων του Sentinel-1, δηλαδή του προϊόντος SSM1km που αφορά την σχετική επιφανειακή υγρασία του εδάφους. Από τις δορυφορικές εικόνες εξήχθησαν οι τιμές της σχετικής επιφανειακής υγρασίας του εδάφους από σημεία που αντιστοιχούν στις περιοχές αναφοράς της πιλοτικής λεκάνης. Για την ανάλυση των δεδομένων αυτών, έγινε λήψη των κατακριμνήσεων, την ίδια χρονική περίοδο, από τον μετεωρολογικό σταθμό της Αγιάς από την ιστοσελίδα του Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών και του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (Normalized Difference Vegetation Index) από το δορυφόρο Sentinel-2. Ακολούθως έγινε χωροχρονική ανάλυση διακύμανσης εδαφικής υγρασίας στα σημεία που επιλέχθηκαν. Για τα αντίστοιχα δεδομένα επίγειας εδαφικής υγρασίας και εδαφικής υγρασία από τον δορυφόρο, πραγματοποιήθηκαν απλές και πολλαπλές γραμμικές παλινδρομήσεις για τον υπολογισμό εκτιμηθέντων τιμών επίγειας εδαφικής υγρασίας. Στις παλινδρομήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν επίσης ο δείκτης NDVI και η κατακρημνίσεις. Κατόπιν, αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα των παλινδρομήσεων με στατιστικούς δείκτες έτσι ώστε να εκτιμηθεί η σχέση επίγειων και δορυφορικών δεδομένων. Η συσχέτιση των δεδομένων αυτών αποσκοπεί στο αν είναι εφικτό τα δορυφορικά δεδομένα να παρέχουν ακριβείς χωρικές και χρονικές πληροφορίες για την εδαφική υγρασία και κατά πόσο τα δεδομένα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης, είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά, φανερώνοντας ότι η χρήση δορυφορικών δεδομένων, σε συνδυασμό με άλλες παραμέτρους, για την εκτίμηση της υγρασιακής κατάστασης του εδάφους σε επίπεδο αγρού είναι εφικτή.
description: This master thesis explores the relationship between ground soil moisture measurements with ground humidity measurements from satellite data. Initially, the importance of measuring soil moisture as well as its main applications were shown. Both ground and remote sensing methods of measuring soil moisture were described in detail. Emphasis was given on the use of satellite remote sensing for these measurements, in particular on the soil moisture measurements provided by the product SSM1km of the Sentinel-1 satellite. The study area was then presented, i.e., the pilot basin of Pinios Hydrologic Observatory, as well as the reference areas within it. Soil moisture measurements of sensors using technology of “frequency domain reflectometry” and sensor using technology of neutron detection, from the Soil and Water Institute (SWRI) - ELGO DIMITRA were used for these areas. These data were analyzed for the spatial variation of the soil moisture in the reference area. The time period corresponding to the moisture data was investigated as a whole, whereas in the case where the reference area corresponds to a cultivated field, it was divided into an irrigation and non-irrigation period. Data on soil characteristics and water parameters were used in this analysis. Afterwards satellite images of Sentinel-1 were downloaded, specifically the SSM1km product which is related to the relative surface soil moisture. From the satellite images, the values of the relative surface soil moisture were derived from points corresponding to the reference areas of the pilot basin. For the analysis, precipitation data were also downloaded for the same time period, from the Weather Station of Agia from the National Observatory of Athens website and lastly, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was also derived from the satellite Sentinel-2. A spatial analysis of the variation of soil moisture was then performed at the selected points. For the corresponding ground soil moisture and satellite soil moisture data, simple and multiple linear regressions were performed to calculate estimated ground soil moisture values. These regressions also used the NDVI index and precipitation. The results of the regressions were then assessed with statistical indicators in order to assess the relationship between terrestrial and satellite data. The correlation of these data is intended to establish whether it is possible for satellite data to provide accurate spatial and temporal information on the soil moisture and whether this data can be used in different applications. In conclusion, the results of multiple linear regression are particularly encouraging, showing that the use of satellite data, combined with other parameters, to assess soil moisture at field level is feasible.