Evapotranspirācijas monitorings, izmantojot tālizpētes metodes un modeļus

Evapotranspirācijas monitorings ar tālizpētes palīdzību ir viens no nozīmīgākajiem sasniegumiem lauksaimniecības ūdens zinātnē pēdējo divu desmitgažu laikā. Apvienojot no satelītiem iegūtus termiskos datus, veģetācijas indeksus un enerģijas bilances fiziku, zinātnieki un lauksaimnieki tagad var novērtēt, cik daudz ūdens atstāj zemes virsmu miljoniem hektāru platībā — bez viena uz zemes bāzēta sensora.

Šīs iespējas maina to, kā agronomi plāno apūdeņošanu, kā valdības seko līdzi sausumam un kā pētnieki kvantificē ūdens pēdas nospiedumu veselos upju baseinos. Lauksaimniecība patērē aptuveni 701 3T no visa pasaules saldūdens patēriņa, tomēr lielākā daļa šī ūdens nekad netiek tieši izmērīta lauka līmenī, un šī ir kritiska nepilnība, ko strauji mazina evapotranspirācijas monitorings, izmantojot tālizpēti.

Kas ir evapotranspirācija?

Evapotranspirācija (ET) ir kombinēts process, kurā ūdens pārvietojas no zemes virsmas atmosfērā. Tam ir divas komponentes, kas darbojas vienlaicīgi: iztvaikošana — šķidra ūdens tieša pārvēršana no augsnes, ūdenstilpnēm un augu virsmām ūdens tvaikos; un transpirācija — augu sakņu absorbētā ūdens bioloģiskā pārvietošanās, ūdens transportēšana uz augšu caur stublāju un atbrīvošanās tvaika veidā caur sīkām porām lapās, ko sauc par atvārsnītēm.

Kopā šie divi procesi veido lielāko ūdens plūsmu, kas atstāj sauszemes ekosistēmu. Vairumā lauksaimniecības ainavu ET atgriež atmosfērā no 60 līdz 80 procentiem visu nokrišņu. Šis skaitlis padara ET par dominējošo mainīgo lielumu sauszemes ūdens bilancē — ietekmīgāku nekā notece vai dziļa perkolācija lielākajā daļā kultivēto vidi.

ET atrodas hidroloģiskā cikla centrā, savienojot zemes virsmu, biosfēru un atmosfēru. Kad ET līmenis ir augsts, augsnes mitrums samazinās ātrāk, upju bāzes plūsmas samazinās un ūdens nesējslāņa papildināšanās ātrums samazinās. Kad ET palēninās — sausuma stresa, kultūraugu novecošanās vai zemes izmantošanas izmaiņu dēļ —, sekas ietekmē ūdens pieejamību lejpus upes.

Klimata zinātnē ET ir galvenais saiknes mehānisms starp oglekļa un ūdens cikliem. Augi atver savas atvārsnītes, lai absorbētu CO2 fotosintēzes veikšanai, un, to darot, tie vienlaikus izdala ūdens tvaikus. Jebkuras izmaiņas globālajā veģetācijas segumā, temperatūrā vai CO2 koncentrācijā izmaina planētas ET līdzsvaru un ietekmē reģionālos nokrišņu modeļus.

Kāpēc evapotranspirācijas monitorings ir ūdens apsaimniekošanas prioritāte?

Precīzi ūdens patēriņa dati palīdz pieņemt labākus lēmumus vairākās nozarēs. Lauksaimniecībā, zinot faktisko kultūraugu ūdens patēriņu lauka līmenī, apūdeņošanas vadītājs var precīzi noteikt, cik daudz ūdens jālieto, kad to lietot un kur rodas deficīts, pirms kultūraugiem parādās redzama stresa situācija.

Šī precizitāte novērš gan pārmērīgu apūdeņošanu, kas izšķiež ūdeni un izskalo barības vielas, gan nepietiekamu apūdeņošanu, kas samazina ražu.

1. Apūdeņošanas plānošana: Uz ūdens attīrīšanas (ET) balstīta apūdeņošanas plānošana aizstāj minējumus ar fiziku. Kad lauksaimnieks zina, ka kukurūzas lauks jūlijā ET dēļ zaudē 7 mm ūdens dienā, viņš var kompensēt tieši šo deficītu, nevis laistīt fiksētā kalendāra intervālā.

2. Sausuma monitorings: Ilgstošs faktiskā ET kritums attiecībā pret atsauces ET (kas iztvaikotu neierobežotas ūdens piegādes apstākļos) signalizē par sausuma stresa rašanos. Tālizpēte uztver šo signālu vairākas nedēļas pirms ražas zuduma kļūšanas redzamam ar aci.

3. Ūdens resursu plānošana: Baseina līmeņa ūdens uzskaitei ir nepieciešami ET dati baseina mērogā. Satelītu ET monitorings nodrošina šo telpisko pārklājumu par daļu no zemes staciju tīkla izmaksām.

4. Klimata pārmaiņu novērtējums: Ilgtermiņa vides apstākļu tendences atklāj, kā sasilšanas temperatūra un mainīgie nokrišņu modeļi maina ekosistēmas ūdens izmantošanu — dati, kas informē adaptācijas plānošanu reģionālā un valsts līmenī.

5. Ekosistemas veselības monitorings: Mitrāju ET rādītāji, mežu transpirācija un zālāju ūdens izmantošana jutīgi reaģē uz ekoloģiskiem traucējumiem. Tālizpētes ET fiksē šīs izmaiņas plašās, nepieejamās ainavās.

Kādi faktori ietekmē evapotranspirāciju?

Evapotranspirāciju (ET) ietekmē klimatisko apstākļu, ainavas īpašību un augu bioloģijas kombinācija. Zemāk ir sniegts galveno iesaistīto faktoru sadalījums.

1. Augsnes tips. Augsnes sastāvam ir būtiska loma ūdens saglabāšanā un iztvaikošanā. Smilšainas vai grants augsnes parasti satur mazāk ūdens un iztvaikojot atbrīvo vairāk ūdens, savukārt mālainas vai māla bagātas augsnes labāk saglabā mitrumu.

2. Gaisa temperatūra. Temperatūra tieši ietekmē ET ātrumu. Siltākam gaisam ir lielāka spēja noturēt mitrumu, un palielināts karstums paātrina ūdens pārvēršanos tvaikos, tādējādi palielinot iztvaikošanu.

3. Saules starojums. Papildus siltuma ģenerēšanai saules starojums ietver enerģijas līmeņu, frekvences un albedo variācijas, kas viss ietekmē ET. Šie faktori atšķiras atkarībā no atrašanās vietas un gada laika, un to precīzai mērīšanai bieži vien ir nepieciešamas progresīvas tehnoloģijas.

4. Mitrums. Relatīvais mitrums (RH) attiecas uz gaisā esošo ūdens tvaiku daudzumu attiecībā pret tā maksimālo ietilpību. Kad mitrums ir augsts, gaiss absorbē mazāk papildu mitruma, palēninot ET. Turpretī sausāks gaiss var absorbēt vairāk tvaiku, kā rezultātā palielinās iztvaikošanas ātrums.

5. Augu segums. Dažādas augu sugas mijiedarbojas ar ūdeni dažādos veidos. Dažas efektīvi uzglabā ūdeni sausuma periodos, bet citas to zaudē ātrāk. ET rādītājus ietekmē arī auga vecums, veselība un sakņu dziļums — dziļākas saknes ļauj kultūraugiem ilgāk iztikt bez apūdeņošanas. Šīs fizioloģiskās atšķirības nozīmē, ka ET var ievērojami atšķirties dažādiem kultūraugu veidiem, tāpēc ir nepieciešamas pielāgotas apūdeņošanas stratēģijas.

6. Vēja ātrums. Vējš ir galvenais gan iztvaikošanas, gan transpirācijas virzītājspēks. Tas izkliedē mitro gaisa slāni, kas uzkrājas virs veģetācijas, palielinot ET. Tas arī veicina tvaiku difūziju caur augu porām, tādējādi veicinot transpirāciju. Tomēr ārkārtīgi spēcīgs, sauss vējš dažkārt var kavēt tvaiku difūziju, noteiktos apstākļos nedaudz samazinot ET.

Evapotranspirācijas galvenie jēdzieni

ET(0) atspoguļo atmosfēras spēju veicināt ūdens zudumus un ir pilnībā balstīts uz klimatu. ET(c) mēra ūdens zudumu no veselīgām, labi apūdeņotām kultūrām, kas aug ideālos apstākļos ar pilnu ražas potenciālu. Ja kultūraugi saskaras ar neoptimālu apsaimniekošanu vai vides problēmām, ET(c) ir jāmodificē, lai iegūtu ET(c adj). Kultūraugu evapotranspirācija tiek saprasta, izmantojot trīs atšķirīgus jēdzienus:

1. ET(0) — Atsauces iztvaikošana
2. ET(c) — Evapotranspirācija standarta apstākļos
3. ET(c adj) — Evapotranspirācija nestandarta apstākļos

1. Atsauces iztvaikošana — ET(0)

ET(0) apzīmē ātrumu, ar kādu ūdens iztvaiko no labi laistītas atsauces virsmas, kas parasti tiek modelēta kā idealizēta zāles sega, kas atbilst noteiktiem kritērijiem.

Šis mērījums atspoguļo atmosfēras iztvaikošanas pieprasījumu neatkarīgi no kultūraugu veida, augšanas stadijas vai lauksaimniecības prakses. Tā kā tiek pieņemts, ka atsauces virsma ir pilnībā mitra, augsnes apstākļi no aprēķina tiek izslēgti, tādējādi novēršot nepieciešamību definēt atsevišķus ET sliekšņus katrai kultūraugai katrā augšanas stadijā.

ET(0) pilnībā nosaka klimatiskie mainīgie, un tipiskās vērtības dažādās agroklimatiskajās zonās atšķiras, lai gan šie skaitļi kalpo tikai kā vispārīgi kritēriji.

2. Evapotranspirācija standarta apstākļos — ET(c)

ET(c) kvantificē ūdens daudzumu, ko izdala veselīga, labi barojoša kultūra, audzēta lielos, pienācīgi apūdeņotos laukos labvēlīgos laika apstākļos, sasniedzot maksimālu ražību. To iegūst, reizinot atsauces ET ar kultūraugu koeficientu K(c):

ET(c) = ET(0) × K(c)

3. Evapotranspirācija nestandarta apstākļos — ET(c adj)

ET(c adj) ņem vērā reālās novirzes no ideāliem augšanas apstākļiem. Tādi faktori kā kaitēkļu un slimību ietekme, ūdens deficīts vai pārpalikums, augsnes sāļums un slikta augsnes auglība var izraisīt to, ka faktiskais kultūraugu ūdens patēriņš būtiski atšķiras no ET(c). Lai atspoguļotu šīs sekas, līdzās kultūraugu koeficientam tiek ieviests ūdens stresa koeficients K(s):

ET(c adj) = ET(0) × K(c) × K(s)

Tradicionālās evapotranspirācijas mērīšanas metodes

Pirms tālizpētes zinātnieki mērīja ET, izmantojot tiešus fizikālus instrumentus. Katra metode labi darbojas noteiktā mērogā, taču tai ir ievērojami trūkumi, kas ierobežo plašu lauksaimniecības pielietojumu. Dažas no labākajām uz zemes bāzētajām ET mērīšanas metodēm ir:

1. Lizimetrs: Lizimetrs (liels trauks, kas piepildīts ar augsni un augošiem kultūraugiem, uzstādīts vienā līmenī ar zemi) mēra ET, nosverot augsnes bloku laika gaitā. Kad nokrišņi tiek kontrolēti un drenāža tiek savākta, masas starpība starp laika soļiem ir vienāda ar faktisko ET.

Lizimetri nodrošina visprecīzākos pieejamos ET mērījumus, taču tie maksā simtiem tūkstošu dolāru par vienību, aptver tikai dažus kvadrātmetrus un nevar attēlot reāla lauka telpisko mainīgumu.

2. Virpuļkovariācijas sistēma: Virpuļkovariācijas sistēma mēra ET, aprēķinot kovariāciju starp vertikālo vēja ātrumu un ūdens tvaiku koncentrāciju virs vainaga, izmantojot ātras reaģēšanas sensorus. Tā aptver "pēdas nospiedumu" no vairākiem simtiem metru līdz dažiem kilometriem, padarot to daudz reprezentatīvāku nekā lizimetrs.

Tomēr plūsmas torņu uzstādīšana un uzturēšana izmaksā no 50 000 līdz 300 000 ASV dolāru, un globālajā FLUXNET tīklā ir tikai aptuveni 900 aktīvu objektu, kas ir pārāk reti, lai valsts mērogā uzraudzītu lauksaimniecības ET.

3. Bovena attiecības metode: Bovena attiecības metode novērtē ET, mērot jūtamās siltuma plūsmas (gaisa sildīšanas) un latentās siltuma plūsmas (ET) attiecību, izmantojot temperatūras un mitruma gradientus virs vainaga. Tā ir vienkāršāka nekā virpuļkovariācija, taču tai nepieciešami homogēni ieguves apstākļi un to nevar izmantot sarežģītā reljefā.

4. Uz meteoroloģisko staciju balstīti ET aprēķini Izmantojot FAO Penmana-Monteita vienādojumu, aprēķiniet atsauces ET (ET0) no gaisa temperatūras, mitruma, vēja ātruma un radiācijas datiem. Šī metode tiek plaši izmantota apūdeņošanas plānošanai, taču tā iegūst atsauces ET, nevis faktisko ET, jo tā pieņem labi laistītu atsauces kultūru, nevis faktisko kultūru laukā.

Visu uz zemes bāzēto metožu galvenā problēma ir mērogs. Viens lizimetrs atbilst dažiem kvadrātmetriem. Plūsmas tornis labākajā gadījumā aptver dažus simtus hektāru. Taču mūsdienu lauksaimniecības ūdens apsaimniekošanai ir nepieciešami ET dati lauka līmenī visā upju baseinā — telpiska problēma, ko var atrisināt tikai tālizpēte.

Tālizpētes pamati ET monitoringam

Tālizpēte ET monitoringa kontekstā ir no satelītiem vai lidmašīnām iegūtu datu iegūšana un analīze, lai novērtētu ūdens plūsmu, kas atstāj zemes virsmu, fiziski nepieskaroties tai.

Šī pieeja darbojas, jo augi un augsne apmainās ar enerģiju ar atmosfēru veidos, ko var noteikt no kosmosa, īpaši izmantojot termiskā infrasarkanā starojuma emisiju. Kad augs efektīvi transpirējas, tas izmanto ienākošo saules enerģiju, lai iztvaicētu ūdeni, nevis uzsildītu. Lapotne ar pietiekamu augsnes mitrumu paliek relatīvi vēsa.

Turpretī ūdens stresa skarts vainags aizver atvārsnītes, lai taupītu ūdeni, un, tā kā ienākošo enerģiju patērē mazāk latentā siltuma (ET), vainaga virsmas temperatūra paaugstinās. Šis ir fundamentālais fizikālais signāls, ko uztver termiskā tālizpēte.

Galvenie fizikālie principi, kas ir satelītu ET novērtēšanas pamatā

Portāls enerģijas bilance ir vadošais ietvars. Jebkurā zemes virsmā no Saules un atmosfēras nākošajam neto starojumam (Rn) ir jābūt vienādam ar trīs enerģijas piesaistes elementu summu: augsnes siltuma plūsmu (G), jūtamo siltuma plūsmu (H, kas silda gaisu) un latento siltuma plūsmu (LE, kas izraisa ET). Rakstīts kā vienādojums: Rn = G + H + LE. Novērtējot Rn, G un H no satelītu datiem, modelis iegūst LE — un līdz ar to ET — kā atlikumu.

1. Zemes virsmas temperatūra (LST), kas izmērīts termiski infrasarkanajā joslā, ir galvenais novērojamais lielums, ko izmanto, lai novērtētu jūtamo siltuma plūsmu H. Karstāka virsma pārnes vairāk siltuma uz gaisu (augsts H), atstājot mazāk enerģijas ET (zems LE). Vēsākai, labi apūdeņotai virsmai ir zemāks H un augstāks LE.

2. Veģetācijas indeksi tāpat kā NDVI, nosaka, cik daudz zaļās, fotosintētiski aktīvās augu vielas klāj virsmu, kas kontrolē transpirācijas ātrumu. Blīvs, zaļš vainags transpirē vairāk nekā kaila augsne vai skraja audze.

3. Neto starojums tiek aprēķināts no īsviļņu un garviļņu starojuma plūsmām, kuras tālizpēte aprēķina no virsmas albedo, veģetācijas seguma un termiskās emisijas datiem.

Satelītu evapotranspirācijas monitorings neaizstāj zemes datus — tas ir vienīgais rīks, kas var sniegt telpiski nepārtrauktus ūdens izmantošanas datus tādā mērogā, kādā faktiski tiek pieņemti lauksaimniecības un hidroloģiskie lēmumi.

Tālizpētes priekšrocība salīdzinājumā ar uz zemes veiktajām metodēm nav tikai telpiskais pārklājums. Satelītu dati nodrošina sinoptiskus, atkārtojamus mērījumus ļoti heterogēnās ainavās — kaut ko tādu, ko neviens uz zemes esošais tīkls nevarētu atkārtot par salīdzināmām izmaksām.

Tālizpētes datu avoti ET novērtēšanai

ET novērtēšanai no kosmosa ir jāapvieno dati no vairākiem sensoru veidiem. Neviens satelīts nenodrošina visus ievades datus, kas nepieciešami pilnīgam ET modelim, tāpēc operatīvie ET produkti parasti apvieno datus no vairākām platformām.

1. Satelītu platformas ET novērtēšanai

i. Landsat (USGS/NASA) nepārtraukti darbojas kopš 1972. gada un nodrošina 30 metru telpiskās izšķirtspējas multispektrālos un termiskos attēlus ar 16 dienu atkārtošanas ciklu. Tā garais arhīvs padara to neaizstājamu vēsturiskai ET analīzei un kultūraugu uzraudzībai. Lielākā daļa enerģijas bilances ET modeļu, tostarp SEBAL un METRIC, sākotnēji tika izstrādāti, izmantojot Landsat datus.

ii. Sentinel-2 (ESA) piedāvā 10 metru multispektrālus attēlus ar 5 dienu atkārtotas apmeklēšanas laiku augstas izšķirtspējas veģetācijas indeksa aprēķināšanai. Lai gan tam nav termiskās joslas, tas papildina Landsat, nodrošinot biežākus, augstākas izšķirtspējas NDVI, EVI un LAI datus uz veģetāciju balstītiem ET modeļiem.

iii. MODIS (Mērenas izšķirtspējas attēlveidošanas spektroradiometrs, NASA) nodrošina ikdienas globālu pārklājumu ar izšķirtspēju no 250 m līdz 1 km. Tā rupjāka telpiskā izšķirtspēja ierobežo pielietojumu lauka mērogā, bet padara to ideāli piemērotu kontinentālai un globālai ārpuszemes atmosfēras uzraudzībai, izmantojot tādus produktus kā MOD16.

iv. EKOTRESS (NASA) ir uzstādīta Starptautiskajā kosmosa stacijā un piegādā termiskos infrasarkanos datus ar 70 metru izšķirtspēju ar 1 līdz 5 dienu atkārtošanas ciklu. ECOSTRESS tika īpaši izstrādāts, lai mērītu kultūraugu ūdens stresu un ET tuvā lauka mērogā — spēju trūkumu, ko MODIS un agrākie satelīti nespēja aizpildīt.

pret VIIRS (NOAA/NASA redzamās gaismas attēlveidošanas radiometra komplekts) uz Suomi AES un JPSS satelītiem turpina MODIS globālo ikdienas pārklājuma mantojumu ar uzlabotu sensoru kalibrēšanu, atbalstot operacionālus ET produktus reģionālā un globālā mērogā.

2. Bezpilota lidaparātu un dronu bāzes veiktās ārpuszemes novērošanas

Bezpilota lidaparāti (UAV jeb droni), kas aprīkoti ar termokamerām un multispektrālajiem sensoriem, var kartēt ET ar telpisko izšķirtspēju zem metra atsevišķos laukos. Uz drona uzstādīta termokamera tieši mēra vainaga temperatūru, un, apvienojumā ar zemes meteoroloģiskajiem datiem, tā ģenerē ET kartes ar izšķirtspēju, kurai neviens satelīts nevar līdzināties.

• Termoattēlu droni noteikt ūdens trūkuma skartās augu zonas laukā, pirms parādās jebkādi redzami simptomi, nodrošinot mainīga ātruma apūdeņošanu lauka ietvaros.
• Multispektrālie sensori Dronos aprēķina NDVI un EVI ar centimetru izšķirtspēju, izmantojot uz kultūraugu koeficientiem balstītus ET modeļus precīzai lauka plānošanai.
• Augstas izšķirtspējas ET kartēšana No bezpilota lidaparātiem iegūtā enerģija ir īpaši vērtīga specializētām kultūrām — augļu kokiem, vīna dārziem, dārzeņiem —, kur lauka ietvaros ir liela mainība un ūdens stresa izmaksas ir lielas.

Galvenie tālizpētes mainīgie, ko izmanto ET monitoringā

Katrs no satelītu datiem iegūtais mainīgais sniedz konkrētu ieguldījumu ET novērtēšanas mīklā. Izpratne par to, ko katrs mēra un kāpēc tas ir svarīgs, palīdz praktiķiem izvēlēties pareizo modeli un pareizi interpretēt rezultātus.

1. Normalizēts diferenciālais veģetācijas indekss (NDVI) tiek aprēķināts kā (NIR – sarkanais) / (NIR + sarkanais), izmantojot tuvā infrasarkanā starojuma un sarkanās joslas atstarošanos. Tā svārstās no -1 līdz +1, blīvai zaļai veģetācijai parasti iegūstot no 0,6 līdz 0,9. NDVI atspoguļo vainaga blīvumu un zaļumu, kas tieši korelē ar lapu platību un transpirācijas spēju.

2. Uzlabots veģetācijas indekss (EVI) pievieno zilu joslu, lai samazinātu atmosfēras traucējumus un augsnes fona efektus, kas degradē NDVI blīvi apaugušās vai bieži mākoņainās vietās. EVI ir jutīgāks par NDVI vietās ar augstu biomasas saturu un tiek izmantots MOD16 ET algoritmā.

3. Lapu laukuma indekss (LAI) kvantificē kopējo vienpusējo lapu laukumu uz zemes platības vienību. Tas tieši kontrolē transpirāciju, nosakot, cik liela lapu virsmas daļa apmaina ūdens tvaikus ar atmosfēru. No satelītiem iegūts LAI ir galvenais ievades dati daudzos fizikāli balstītos ārpuszemes modeļos.

4. Virsmas albedo ir ienākošā saules starojuma daļa, ko atstaro virsma. Tā kontrolē, cik daudz saules enerģijas virsma absorbē, kas savukārt nosaka, cik daudz enerģijas ir pieejams ET virzīšanai. Tumšai, mitrai augsnei ir zems albedo (absorbē vairāk enerģijas); kailai smilšu virsmai ir augsts albedo (atstaro vairāk).

5. Augsnes mitrums No mikroviļņu sensoriem iegūtie dati ierobežo transpirācijas ātrumu (ET), norādot, vai sakņu zonā ir pieejams pietiekami daudz ūdens, lai atbalstītu transpirācijas pieprasījumu. Kad augsnes mitrums nokrītas zem kritiskā sliekšņa, faktiskais ET nokrītas zem potenciālā ātruma, pat ja enerģija ir pieejama.

Bastiaanssen et al. (kā pārskatīts žurnālā Frontiers in Remote Sensing, 2026) atklāja, ka SEBAL, kas apstiprināts vairāk nekā 30 valstīs, sasniedz 85% precizitāte ikdienas ET aprēķiniem un 95% precizitāte sezonāliem ET aprēķiniem lauka mērogā.

Sezonālā precizitāte 95% nozīmē, ka kultūraugu ūdens uzskaiti visā apūdeņošanas rajonā var veikt ticami, izmantojot tikai satelītdatus, tādējādi novēršot nepieciešamību pēc blīviem zemes staciju tīkliem.

Evapotranspirācijas novērtēšanas modeļi

1. Enerģijas bilances modeļi

Enerģijas bilances modeļi aprēķina ET kā virsmas enerģijas budžeta atlikumu: ET = Rn – G – H. Katrs modelis atšķiras ar to, kā tas novērtē jūtamo siltuma plūsmu H, kas ir visprasīgākā skaitļošanas ziņā un kļūdu ziņā jutīgākā komponente.

i. Virszemes enerģijas bilances algoritms zemei (SEBAL) Bastiaanssen izstrādāja 1998. gadā, un tas joprojām ir viens no visplašāk pielietotajiem satelītu ET modeļiem pasaulē. SEBAL izmanto trīs galvenos no satelītiem iegūtos parametrus: zemes virsmas temperatūru (T0), virsmas puslodes atstarošanos (albedo r0) un NDVI.

Lai novērtētu jūtamo siltuma plūsmu, SEBAL identificē divus enkura pikseļus — “karsto pikseli” (sausa, kaila augsne, kur ET ir tuvu nullei) un “auksto pikseli” (labi laistīta kultūra, kur ET ir maksimālais) — un interpolē H visā ainā attiecībā pret šīm galējībām. Šī paškalibrācijas funkcija padara SEBAL mazāk jutīgu pret absolūtajām kalibrēšanas kļūdām meteoroloģiskajos ievades datos.

ii. Evapotranspirācijas kartēšana ar augstu izšķirtspēju, izmantojot internalizētu kalibrēšanu (METRIC) modelis balstās uz SEBAL, bet tam ir pievienota automatizēta kalibrēšana, izmantojot atsauces ET, kas aprēķināts no meteoroloģiskās stacijas. METRIC ir labāk piemērots reģioniem ar pilniem meteoroloģisko datu tīkliem un ir plaši izmantots operatīvai apūdeņošanas pārvaldībai ASV rietumos.

iii. Virsmas enerģijas bilances sistēma (SEBS) izmanto turbulentās plūsmas teoriju, lai novērtētu jūtamo siltuma plūsmu no satelītu iegūtā LST, virsmas raupjuma un vēja ātruma. SEBS ir fizikāli stingrāka nekā SEBAL, taču tai nepieciešami papildu ievades dati, tāpēc tā ir labāk piemērota pētniecībai, nevis operatīvai saimniecības pārvaldībai.

ET modeļa izvēle nav tikai tehnisks lēmums — tas ir lēmums par to, uz kuru jautājumu jūs mēģināt atbildēt. Baseina līmeņa ūdens uzskaites vingrinājumam un lauka līmeņa apūdeņošanas plānošanas rīkam ir nepieciešami principiāli atšķirīgi telpiskās izšķirtspējas un laika frekvences līmeņi.

iv. Divu avotu enerģijas bilance (TSEB) modelis augsni un vainagu uzskata par diviem atsevišķiem ET avotiem, katram ar savu temperatūras un enerģijas bilanci. Šī pieeja ir precīzāka retai veģetācijai vai jauktiem zemes segumiem, kur viena avota modelis var jaukt augsnes iztvaikošanu ar augu transpirāciju.

2. Uz veģetācijas indeksu balstīti ET modeļi

Ne visiem ET modeļiem ir nepieciešami termiskie attēli. Veģetācijas indeksa modeļi lēš ET, izmantojot kultūraugu koeficienta pieeja (Kc x ET0), kur kultūraugu koeficients Kc ir atvasināts no NDVI vai EVI, un atsauces ET (ET0) ir iegūts no meteoroloģiskās stacijas. FAO-56 metodoloģija formalizē šo pieeju, un to plaši izmanto apūdeņošanas plānošanai, jo tai nav nepieciešami termiskās joslas dati.

Mašīnmācīšanās modeļi, tostarp Nejaušs mežs, Mākslīgie neironu tīkli (ANN), un dziļās mācīšanās arhitektūras arvien vairāk tiek izmantotas ET novērtēšanai, apgūstot sarežģītas nelineāras attiecības starp no satelītiem iegūtajiem ievades datiem (LST, NDVI, albedo, LAI) un plūsmas torņa ET mērījumiem.

2023. gadā žurnālā “Remote Sensing of Environment” publicētā pētījumā tika atklāts, ka ar MODIS un meteoroloģiskajiem datiem apmācīts Random Forest modelis paredzēja ikdienas ET ar R2 0,87 un RMSE 0,51 mm/dienā dažādās biomās, kas ir konkurētspējīgs ar tradicionālajiem enerģijas bilances modeļiem, bet prasa daudz mazāku parametrizācijas piepūli.

Pētījumā, kas publicēts žurnālā Taylor and Francis Open (2021), tika atklāts, ka SEBAL algoritms, pielietojot Landsat 8 attēlus kukurūzas audzēšanas reģionā Adanā, Turcijā, sniedza ET aprēķinus ar korelācijas koeficients R = 0,91 pret FAO Penmana-Monteita metodi un RMSE tieši 1,14 mm/dienā.

SEBAL precizitāte lauka mērogā nozīmē, ka no satelītiem iegūta ET var aizstāt vai ievērojami samazināt nepieciešamību pēc dārgām lizimetru instalācijām operatīvajās apūdeņošanas pārvaldības sistēmās.

Satelītu ET produkti, kas pieejami operatīvai lietošanai

Vairāki globāli un reģionāli tālizpētes produkti tagad pārveido tālizpētes ievades datus lietošanai gatavos tālizpētes datu slāņos. Praktiķiem vairs nav jāvada savi enerģijas bilances modeļi — viņi var tieši piekļūt šiem iepriekš aprēķinātajiem datu kopumiem.

1. MOD16 ET produkts (NASA) izmanto MODIS datus ar Penmana-Monteita algoritmu, ko vada MODIS zemes seguma, LAI, EVI un globālās atkārtotas analīzes meteoroloģiskie dati. Tas sniedz 8 dienu un mēnešu ET kompozītus ar 500 metru izšķirtspēju globālā mērogā. MOD16 ir labi piemērots ainavas mēroga pētījumiem, bet ir pārāk rupjš individuālai lauka pārvaldībai.

2. SSEBop ASV Ģeoloģijas dienesta izstrādātais vienkāršotais virsmas enerģijas bilances operatīvais modelis (Simplified Surface Energy Balance operational) vienkāršo SEBAL karsto pikseļu/auksto pikseļu kalibrēšanas uzdevumu, izmantojot iepriekš definētas temperatūras robežas, kas iegūtas no ilgtermiņa klimatoloģiskajiem datiem. SSEBop darbojas ar 30 metru izšķirtspēju, izmantojot Landsat datus, un veido vienu no sešiem modeļiem OpenET ansamblī.

3. OpenET platforma, kas tika palaists 2021. gadā un darbojās kā publiskā un privātā sektora sadarbība, ko vadīja NASA, ASV Ģeoloģijas dienests (USGS), Kalifornijas štata universitāte Monterejas līcī, Vides aizsardzības fonds un Tuksnešu pētniecības institūts, piegādā lauka mēroga ET datus ar 30 metru izšķirtspēju visā ASV rietumos.

2024. gada janvārī žurnālā Nature Water publicēts vēsturisks pētījums, kurā salīdzinātas OpenET aplēses ar mērījumiem no 152 zemes plūsmas mērījumu vietām, apstiprināja, ka OpenET sasniedz augstu precizitāti viengadīgām kultūrām, piemēram, kviešiem, kukurūzai, sojai un rīsiem, īpaši sausos reģionos, kur ūdens trūkuma dēļ apūdeņošanas precizitāte ir vissvarīgākā.

4. WaPOR portāls (FAO) sniedz ET datus par Āfriku un Tuvajiem Austrumiem ar 30 metru, 100 metru un 250 metru izšķirtspēju, kas ir īpaši izstrādāti, lai atbalstītu lauksaimniecības ūdens produktivitātes analīzi jaunattīstības reģionos, kuros trūkst datu.

5. MIRDZUMS (Globālais zemes iztvaikošanas Amsterdamas modelis) sadala zemes iztvaikošanu transpirācijas, augsnes iztvaikošanas, pārtveršanas zudumu un atklātā ūdens iztvaikošanas komponentēs, ko nosaka mikroviļņu augsnes mitruma dati un satelītu veģetācijas produkti. Tas izceļas ar zemes iztvaikošanas signāla sadalīšanu bioloģiskajās un fizikālajās komponentēs.

Tālizpētes pielietojumi

1. Precīza apūdeņošana un kultūraugu ūdens apsaimniekošana

Tiešākais satelītu ET datu pielietojums ir apūdeņošanas plānošana. Kad lauksaimnieks piekļūst iknedēļas lauka mēroga ET kartēm, viņš var aprēķināt apūdeņošanas deficītu — starpību starp faktisko ET un faktisko nokrišņu daudzumu — un izmantot tieši šādu ūdens daudzumu. Tas novērš hronisku pārmērīgas apūdeņošanas ieradumu, kas izšķiež ūdeni, nepalielinot ražu.

Kalifornijas Sakramento-Sanžoakinas deltā ūdens resursu apsaimniekotāji izmanto OpenET, lai palīdzētu lauksaimniekiem ievērot štata noteikumus, kas pieprasa precīzu ūdens patēriņa pārskatu sniegšanu.

Satelītu ET datu augstā precizitāte viengadīgajām kultūrām nodrošina juridiski aizstāvamu pamatu ūdens uzskaitei, ko neviena uz zemes balstīta metode nevarētu nodrošināt šādā telpiskā pārklājumā.

2024. gadā žurnālā “Agricultural Water Management” (Ott et al., 2024; Desert Research Institute) publicētā pētījumā OpenET tika salīdzināts ar mērītiem apūdeņošanas datiem Nevadas gruntsūdeņu baseinos.

Daimonda ielejā OpenET aplēses liecināja tikai par 7% atšķirība no mērītā ūdens patēriņa datiem, demonstrējot darbības uzticamību regulatīvajai gruntsūdeņu apsaimniekošanai.

7% kļūdas robeža baseina mērogā nozīmē, ka satelītu ET dati var aizstāt dārgu mērīšanas infrastruktūru reģionos, kur gruntsūdeņi ir kritiski noplicināti.

2. Sausuma novērtēšanas un agrīnās brīdināšanas sistēmas

Sausuma monitorings ir vēl viens ietekmīgs pielietojums. Iztvaikošanas sprieguma indekss (ESI), kas iegūts no ECOSTRESS un MODIS termiskajiem datiem, mēra faktiskā ET attiecību pret potenciālo ET.

Kad ESI ievērojami nokrītas zem 1,0, tas signalizē, ka augi piedzīvo ūdens stresu — uzticams agrīns lauksaimniecības sausuma rādītājs, ko bieži var noteikt 4 līdz 8 nedēļas pirms ražas zuduma izmērīšanas.

ASV Lauksaimniecības departamenta Nacionālais sausuma mazināšanas centrs integrē satelītu sausuma indeksus, kuru pamatā ir ET, operatīvajās sausuma uzraudzības kartēs, ko izmanto štatu valdības, kultūraugu apdrošināšanas aģentūras un ārkārtas situāciju pārvaldības iestādes. Šī integrācija padara reaģēšanu uz sausumu ātrāku un mērķtiecīgāku nekā uz kalendāru vai tikai nokrišņiem balstītas pieejas.

3. Ūdens resursu apsaimniekošana baseina mērogā

Ūdens uzskaitei baseina mērogā ir jāzina, cik daudz ūdens atstāj sauszemes virsmu ET veidā miljoniem hektāru platībā. Tieši to globālā mērogā nodrošina tādi satelītu ET produkti kā MOD16, GLEAM un WaPOR.

• Rezervuāru pārvaldības aģentūras Izmantojiet ET datus, lai novērtētu sateces baseina ūdens ražu — starpību starp nokrišņiem un ET —, kas nosaka, cik daudz ūdens faktiski sasniedz upes un rezervuārus.
• Pārrobežu upju baseinu iestādes izmantot satelītu ET, lai neatkarīgi pārbaudītu valsts ūdens patēriņa pārskatus, nepieprasot piekļuvi valsts zemes datu tīkliem.
• Apūdeņošanas rajonu pārvaldnieki Izmantojiet ūdens tehnoloģiju (ET), lai izsekotu ūdens patēriņu pa kultūraugu veidiem visās apkalpošanas zonās, atbalstot taisnīgu ūdens sadali un atbilstību normatīvajiem aktiem.

4. Vides un ekoloģijas pielietojums

Mitrāju ET monitorings, izmantojot satelītdatus, kvantitatīvi nosaka ekosistēmas ūdens patēriņu nepieejamās purvās, kūdrājos un estuāros, kur nevar izvietot zemes sensorus. Mežu ET monitorings atklāj, kā mežu izciršana, mežu atjaunošana un meža ugunsgrēki maina ūdens bilanci veselos ūdensšķirtnēs — kritiski svarīgi dati mežu oglekļa uzskaitei un ūdensapgādes plānošanai.

Evapotranspirācija ir neredzamais pavediens, kas savieno katru augu uz Zemes ar globālo ūdens ciklu. Tālizpēte ir vienīgais instruments, kas mums ir, lai to redzētu tādā mērogā, kas ir svarīgs ūdens pārvaldībai.

Satelītu ET produktu precizitātes novērtēšana un validācija

Neviens ET produkts nav noderīgs bez stingras validācijas. Standarta pieeja salīdzina satelītu ET aprēķinus ar mērījumiem no virpuļkovariācijas plūsmas torņiem — precīzāko pieejamo zemes mērījumu ET ainavas mērogā.

Globālais FLUXNET tīkls nodrošina brīvpieejas plūsmas torņu datus no simtiem vietām dažādās biomās. ET produktu izstrādātāji salīdzina savu modeļu rezultātus ar FLUXNET mērījumiem, lai aprēķinātu statistiskās veiktspējas rādītājus, tostarp

• R2 (korelācijas koeficients),
• RMSE (vidējā kvadrātiskā kļūda) un
• Neobjektivitāte (sistemātiska pārvērtēšana vai nenovērtēšana).

Validācija tiek veikta atsevišķi dažādiem zemes seguma veidiem, klimata zonām un gadalaikiem, jo ET modeļa precizitāte šajos apstākļos ievērojami atšķiras.

Enerģijas bilances modeļi, piemēram, SEBAL un METRIC, parasti vislabāk darbojas daļēji sausās lauksaimniecības ainavās ar skaidrām debesīm. Veiktspēja pasliktinās mitros tropu mežos, sarežģītā kalnainā reljefā un apgabalos ar biežu mākoņu segumu.

Žurnālā Nature Water publicētais OpenET precizitātes pētījums salīdzināja sešus ET modeļus ar mērījumiem no 152 plūsmas torņu vietas visā Amerikas Savienotajās Valstīs, atklājot, ka OpenET ansamblis vislabākos rezultātus sasniedza tieši viengadīgo kultūru audzēšanā sausos rietumu reģionos — apgabalos, kur apūdeņošanas pārvaldība ir ekonomiski un ekoloģiski viskritiskākā.

Ūdens apsaimniekotāji sausos reģionos var izmantot OpenET datus ar augstu pārliecību apūdeņošanas atbilstības un ūdens budžeta izsekošanas nodrošināšanai, aizstājot dārgu mērīšanas infrastruktūru.

Izaicinājumi tālizpētes ET uzraudzībā

Neskatoties uz straujo progresu, vairākas tehniskas un operacionālas problēmas ierobežo satelītu ET monitoringa precizitāti un piemērojamību.

1. Mākoņu segas ierobežojumi: Optiskajai un termiskajai tālizpētei nepieciešami apstākļi bez mākoņiem. Mitros tropu reģionos vai musonu sezonās pastāvīga mākoņu sega var radīt datu nepilnības, kas ilgst vairākas nedēļas vai pat mēnešus, pārtraucot apūdeņošanas pārvaldībai nepieciešamo laika nepārtrauktību.

2. Telpiskās izšķirtspējas ierobežojumi: MODIS, satelīts, kas laika ziņā tiek izmantots visbiežāk, sniedz ET datus ar 500 metru izšķirtspēju — pārāk rupji laukiem, kas mazāki par aptuveni 25 hektāriem. Landsat 30 metru izšķirtspēja ir piemērota lielākajai daļai lauksaimniecības lauku, taču tai ir 16 dienu atkārtotas apskates cikls, kas neņem vērā straujas ūdens stresa izmaiņas.

3. Laika izšķirtspējas kompromisi: Augsta telpiskā izšķirtspēja (Landsat, Sentinel-2, ECOSTRESS) un augsta laika izšķirtspēja (MODIS, VIIRS) pastāv apgrieztā attiecībā. Šīs atšķirības novēršanai ir nepieciešamas datu sapludināšanas metodes.

4. Modeļa pieņēmumi heterogēnās ainavās: Viena avota enerģijas bilances modeļi pieņem vienmērīgu vainagu, kas sadalās skrajā veģetācijā, jauktās kultūraugu sistēmās vai pilsētu un lauksaimniecības saskarnēs, kur augsnes un augu temperatūra strauji atšķiras.

5. Datu pieejamība jaunattīstības reģionos: Zemes meteoroloģisko staciju dati, kas nepieciešami, lai ierobežotu ET modeļus, ir nepietiekami lielākajā daļā Subsahāras Āfrikas, Dienvidāzijas un Centrālāzijas — tieši šajos reģionos, kur visvairāk nepieciešama uzlabota ūdens apsaimniekošana.

Jaunās tehnoloģijas un nākotne ET monitoringā

Vairākas konverģējošas tehnoloģiskās attīstības tendences ir gatavas dramatiski paplašināt tālizpētes ET monitoringa precizitāti, pārklājumu un pieejamību nākamo piecu līdz desmit gadu laikā.

1. Mākslīgais intelekts, mašīnmācīšanās un datu sapludināšana

Dziļās mācīšanās modeļi, kas apmācīti uz lieliem vairāku sensoru datu kopumiem, noteiktās ainavās sāk pārspēt klasiskos enerģijas bilances modeļus. Konvolucionālie neironu tīkli var vienlaikus integrēt Landsat, Sentinel-2, MODIS un meteoroloģiskās atkārtotas analīzes datus, apgūstot telpiski-laicīgus ET modeļus, ko neviens viena sensora modelis neuztver.

Tikmēr datu sapludināšanas algoritmi — visizcilākā no tām ir STARFM (Spatial and Temporal Adaptive Reflection Fusion Model — telpiskā un laika adaptīvā atstarošanas sapludināšanas modeļa) pieeja — apvieno augstas izšķirtspējas Landsat attēlus ar ikdienas MODIS datiem, lai izveidotu sintētiskas ikdienas ET kartes ar 30 metru izšķirtspēju, efektīvi risinot telpiskā un laika kompromisu, kas pašlaik ierobežo precīzās lauksaimniecības pielietojumu.

2. Augstas izšķirtspējas termiskie satelīti un CubeSat zvaigznāji

Nākamās paaudzes specializētie Zemes novērošanas termiskie satelīti piegādās zem 30 metru dziļuma termiskos attēlus ar ikdienas apmeklējumu biežumu.

Plānotās misijas, tostarp Landsat Next pēctecis un komerciālās CubeSat termiskās zvaigznāju sistēmas, novērsīs vēsturisko kompromisu starp telpisko detaļu un laika frekvenci, kas ir ierobežojis ET monitoringu lauka mērogā.

Kā norādīts ziņojumā “Future Market Insights” (2025. gads), tālizpētes pakalpojumu tirgus, kura vērtība 2025. gadā bija 22,87 miljardi ASV dolāru, līdz 2035. gadam, domājams, sasniegs 84,28 miljardus ASV dolāru, ko būtiski veicinās zema Zemes evolūcijas satelītu konstelācijas paplašināšanās.

3. Digitālie dvīņi ūdens apsaimniekošanai

Digitālā dvīņa sistēmas — dinamiskas virtuālas lauksaimniecības ainavu kopijas, kas tiek atjauninātas gandrīz reāllaikā no satelītu un lietu interneta sensoru plūsmām — integrē ET tālizpēti kā galveno datu plūsmu. Šīs sistēmas sinhronizē satelītu ET kartes, augsnes mitruma sensoru datus, laika prognozes un kultūraugu augšanas modeļus, lai simulētu turpmāko lauka ūdens stāvokli un automātiski noteiktu apūdeņošanu.

Programmatūra un rīki ET uzraudzībai

Bagātīgs platformu klāsts tagad padara tālizpētes ET analīzi pieejamu praktiķiem bez dziļām programmēšanas zināšanām.

1. Google Earth dzinējs (GEE) ir mākonī balstīta ģeotelpiskās skaitļošanas platforma, kurā ir pieejami pilni Landsat, MODIS, Sentinel un ECOSTRESS arhīvi, kā arī iepriekš izveidoti ET algoritmi. Analītiķi var veikt ET aprēķinus vairāku gadu datiem par veseliem reģioniem, nelejupielādējot nekādus attēlus lokāli. GEE ir kļuvusi par dominējošo pētniecības platformu lielu teritoriju ET kartēšanai.

2. OpenET platforma nodrošina tīmekļa saskarni, kur jebkurš reģistrēts lietotājs var piekļūt lauka mēroga ET datiem par lauksaimniecības zemi visā ASV rietumos. Lietotāji var eksportēt ikdienas, mēneša vai sezonālus ET kopsavilkumus atsevišķiem laukiem vai veseliem ūdens apsaimniekošanas rajoniem, bez nepieciešamām programmēšanas zināšanām.

3. WaPOR portāls (FAO) nodrošina līdzīgu “norādīt un noklikšķināt” ET lejupielādes saskarni Āfrikai un Tuvajiem Austrumiem ar tiešām saitēm uz lauksaimniecības ūdens produktivitātes rādītājiem.

4. Python un R darbplūsmas Izmantojot tādas bibliotēkas kā rasterio, xarray, geopandas (Python) vai terra, raster (R), pētnieki var izveidot pielāgotus ārpuszemes apstrādes kanālus, kas integrē satelītu datus ar vietējiem meteoroloģiskajiem ierakstiem, kultūraugu modeļiem un apūdeņošanas datubāzēm.

Gadījumu izpēte tālizpētes ET monitoringam

1. Apūdeņošanas pārvaldība sausos reģionos

Amerikas Savienoto Valstu Augsto līdzenumu ūdens nesējslāņa reģionā — vienā no intensīvāk apūdeņotajām lauksaimniecības zonām uz Zemes — Tuksnešu pētniecības institūta pētnieki pierādīja, ka OpenET dati, kas integrēti ar klimata datu kopām, varētu pietiekami precīzi novērtēt gruntsūdeņu sūknēšanas apjomus, lai atbalstītu regulējošu ūdens nesējslāņa līmeņa pazemināšanās pārvaldību.

Pētījumā tika salīdzināti satelītu ET aprēķini ar mērīto sūkņu ierakstiem, konstatējot, ka vairumā pētījuma baseinu novirze ir mazāka par 17% — precizitātes līmenis, kas ir pietiekams ūdens tiesību administrēšanai.

2. Precīzā lauksaimniecība dažādiem kultūraugu veidiem

Izmantojot SEBAL un METRIC modeļus, lai kartētu faktisko ET atsevišķos laukos augšanas sezonas laikā, kokvilnas apūdeņošanas plānošanai ir ieviesta tālizpētes ET uzraudzība.

Pētījumi, kas publicēti žurnālā Astrophysics Data System (2020), parādīja, ka abi modeļi agrīnās kultūraugu stadijās konstatēja augstāku faktisko iztvaikošanas temperatūru nekā paredzēts, pateicoties augstai kailaugsnes iztvaikošanai — atklājums, ka standarta kultūraugu koeficienta pieeja sistemātiski netika sasniegta, kā rezultātā šajā kritiskajā periodā tika veikta pārmērīga apūdeņošana.

3. Ūdens uzskaite baseina mērogā

FAO WaPOR platforma ir izmantota, lai veiktu ūdens produktivitātes analīzi apūdeņošanas shēmās Etiopijā, Ēģiptē un Jordānijā, kvantitatīvi nosakot ET uz vienu saražoto kultūraugu biomasas vienību.

Šīs analīzes identificēja laukus ar ūdens produktivitāti zem baseina vidējā līmeņa, nodrošinot telpisko pierādījumu bāzi mērķtiecīgām paplašināšanas programmām, lai uzlabotu apūdeņošanas efektivitāti mazāk produktīvās teritorijās.

Labākā prakse ET uzraudzības pieejas izvēlē

Pareizās satelītu datu, ET modeļa un validācijas stratēģijas kombinācijas izvēle ir atkarīga no konkrētā jautājuma, uz kuru tiek atbildēts, pieejamajiem resursiem un pieņemamā nenoteiktības līmeņa.

1. Vispirms definējiet telpisko un laika mērogu. Baseina mēroga ikmēneša ūdens uzskaitei ir nepieciešams cits rīks nekā lauka mēroga ikdienas apūdeņošanas plānošanai. Pirms jebkura modeļa izvēles saskaņojiet satelītplatformas izšķirtspēju un atkārtotas apmeklēšanas frekvenci ar pārvaldības vajadzībām.

2. Pielāgojiet modeli ainavas tipam. Enerģijas bilances modeļi, piemēram, SEBAL un METRIC, vislabāk darbojas daļēji sausās, kultūraugu dominētās ainavās ar skaidrām debesīm. Uz veģetācijas indeksu balstīti modeļi labāk darbojas reģionos ar ierobežotu termisko datu pieejamību. Mašīnmācīšanās modeļi vislabāk darbojas, ja ir pieejami lieli, lokāli apstiprināti apmācības datu kopumi.

3. Vienmēr validējiet lokāli. Pat visprecīzākais globālais ārpustelpu produkts pirms ieviešanas operacionālajā vidē būtu jāapstiprina, izmantojot vismaz vienu vietējo plūsmas torņa vai lizimetra datu kopu. Publicēto pētījumu veiktspējas rādītāji reti tiek precīzi piemēroti jaunām atrašanās vietām un kultūraugu veidiem.

4. Plānojiet mākoņu segas spraugas. Mitros vai tropiskos reģionos jau no paša sākuma plānojiet datu apvienošanas vai datu nepilnību aizpildīšanas stratēģijas. Paļaušanās uz vienu termisko satelītu ar 16 dienu atkārtotas apmeklēšanas ciklu radīs nepieņemamas datu nepilnības kritiskos kultūraugu augšanas periodos.

5. Cik vien iespējams, izmantojiet atvērtas platformas. Google Earth Engine, OpenET un WaPOR nodrošina piekļuvi validētiem, labi dokumentētiem ET produktiem bez maksas. Pielāgota ET modeļa izveide no nulles reti ir pamatota, ja vien to neprasa unikāli vietējie apstākļi.

6. Integrēt ET datus ar esošajām saimniecības pārvaldības sistēmām. ET dati ir visvērtīgākie, ja tie tiek tieši ievadīti apūdeņošanas plānošanas programmatūrā, lēmumu atbalsta rīkos vai ūdens uzskaites datubāzēs, nevis pastāv kā atsevišķs satelīta rezultāts.

Secinājums

Evapotranspirācijas monitorings ar tālizpētes palīdzību ir attīstījies no eksperimentālas pētniecības disciplīnas par kritiski svarīgu operatīvo rīku lauksaimniecības ūdens apsaimniekošanā. Arvien precīzāku satelītu ET produktu, atvērtas piekļuves platformu, piemēram, OpenET un WaPOR, un mākslīgā intelekta darbinātas datu sapludināšanas kombinācija novērš šķēršļus, kas kādreiz ierobežoja satelītu ET monitoringu tikai labi finansētām pētniecības iestādēm.

Pašreizējās iespējas ir ievērojamas: enerģijas bilances modeļi, kas validēti 30 vai vairāk valstīs, satelītu ET produkti, kas sasniedz labāku sezonālo precizitāti nekā 90% galvenajām viengadīgajām kultūrām, un mākoņdatošanas platformas, kas piegādā lauka mēroga ET datus jebkuram lauksaimniekam vai ūdens apsaimniekotājam ar interneta pieslēgumu. Šīs iespējas jau tiek izmantotas, lai pārvaldītu apūdeņošanas atbilstību Kolorādo upē, uzraudzītu gruntsūdeņu noplicināšanos Augsto līdzenumu ūdens nesējslānī un uzlabotu lauksaimniecības ūdens produktivitāti visā Āfrikā, izmantojot FAO WaPOR sistēmu.