Wissenschaft

Eine auf Wärme basierende Technologie als Grundlage für unsere Daten

SEBAL model

Der Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) ist das Kernmodell von IrriWatch. SEBAL basiert auf dem turbulenten Transport von Impuls, fühlbarer Wärme und latenten Wärmeflüssen zwischen Land und Atmosphäre unter Verwendung des Monin Obukhov-Theorems. Es verteilt die verfügbare Nettoenergie zwischen heißen (kein latenter Wärmefluss) und kalten Pixeln (null fühlbarer Wärmefluss) durch einen automatisierten internen Kalibrierungsprozess unter Verwendung von Endelementen, die auf Bereichen der Landoberflächentemperatur basieren. Seit 30 Jahren sind Professor Bastiaanssen und sein M.Sc. und Ph.D. Studenten haben Feldforschung betrieben, um die Evapotranspiration, die Bodenfeuchtigkeit und die Schätzungen der Pflanzenproduktion von SEBAL zu ergründen. Dies umfasst die Validierung in Getreide, Wurzel- und Knollenfrüchten, tropischen Obstbäumen, Gemüse, Hülsenfrüchten, Faserpflanzen und Futtermitteln. Es gibt Hunderte von wissenschaftlichen Artikeln, die öffentlich zugänglich sind.

Wir verwenden Satellitendaten

Die Messungen von Blatttemperatur, Sonneneinstrahlung, Pflanzenblattgröße und Photosynthese basieren alle auf Erdbeobachtungssatelliten. Satelliten messen die Ernte routinemäßig jeden Tag und für alle Felder und Länder auf die gleiche Weise. Die Satelliten-Rohdaten werden von den Raumfahrtagenturen zur Verfügung gestellt. Mit SEBAL werden aus diesen Rohdaten die aktuelle Evapotranspiration (ET), die Bodenfeuchte und der Kohlenstofffluss (C) verarbeitet. Kulturen mit erhöhten Blatttemperaturen haben keinen ausreichenden Zugang zu Wasser oder sind durch etwas anderes eingeschränkt.

Die Transpirationsrate ähnelt dem Saftfluss, der die Wasseraufnahme durch die Wurzeln widerspiegelt. So können wir wesentliche Wurzelzonenprozesse bestimmen und grundlegende unterirdische physikalische Prozesse bestimmen, die von oben nicht sichtbar sind. Einen Hintergrundvortrag zur Pflanzen- und Bodenphysik finden Sie auf dem IrriWatch YouTube-Kanal.

Wir schauen in die Wurzelzone

Die Bewässerungsplanung ist mehr als die Bewertung eines oberirdischen Pflanzenkoeffizienten Kc. Aus diesem Grund bestimmen wir das Bodenwasserpotential und die Bodenfeuchte integriert über die Wurzelzone, um über den Zeitpunkt der Bewässerung, die Mindestmenge zur Ergänzung von verbrauchtem Wasser und die Höchstmenge zur Minimierung von Sickerverlusten zu entscheiden. Auf Mikrowellensatelliten basierende Lösungen schätzen bestenfalls die Hautbodenfeuchte auf 5 cm und werden somit in der IrriWatch-Technologie vermieden. Wir schauen tiefer.

Das Kernmodell in 5 Punkten

  • Satelliten messen Blatttemperatur, Sonneneinstrahlung, Blattgröße und Photosynthese.
  • Die Blatttemperatur bei einer bestimmten Vegetationsbedeckung und einem bestimmten Strahlungsniveau spiegelt den tatsächlichen Saftfluss durch die Pflanze wider.
  • Der Saftfluss reagiert auf das Blattwasser- und Bodenwasserpotential. So können wir in den Boden hineinschauen und physikalische Prozesse der Wurzelzone bestimmen.
  • Die kritische Bodenfeuchte drückt den Schwellenwert für verminderten Saftfluss und verminderte Pflanzenproduktion aus.
  • Informationen über Schwankungen der Bodenfeuchte im Verhältnis zur kritischen Bodenfeuchte sind eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Bewässerungsmaßnahmen.

WIR HABEN UNSERE TECHNOLOGIE IN 30 JAHREN FELDTESTS VERFEINERT

Die genaueste verfügbare Methode

SEBAL wird im Allgemeinen als recht zufriedenstellend und weitgehend genau bei der Schätzung der Evapotranspiration befunden. Es wird von verschiedenen unabhängigen und internationalen Universitäten und Forschungsinstituten geprüft, verifiziert und validiert. In jüngerer Zeit wurde die 4. Generation von SEBAL von unseren Kunden verifiziert. Wir haben ein IrriWatch-Validierungsbuch für Feldtests veröffentlicht, die im Jahr 2020 durchgeführt wurden. Acht verschiedene Länder waren beteiligt, und es wurden verschiedene Pflanzenarten getestet (Mais, Reis, Zuckerrüben, Kartoffeln, Zwiebeln, Weintrauben, Mandeln, Walnüsse). Die Validierung erfolgt für meteorologische Parameter, Evapotranspiration, Bodenfeuchte und Ernteertrag. In den meisten Fällen variiert der Bias-Faktor zwischen 0,97 und 1,03 und der Korrelationskoeffizient zwischen R2 = 0,8 und 0,99. Die Feldmessungen haben auch ihre eigenen Herausforderungen, biophysikalische Prozesse automatisch zu messen. Die gefundenen Abweichungen liegen oft innerhalb der Fehlergrenzen der Feldmessungen.

Internationale Universitäten haben immer unabhängige Untersuchungen zur Genauigkeit von SEBAL durchgeführt. Zwei aktuelle hervorragende Arbeiten stammen von Dr. Hadi Jafaar und seinen Mitarbeitern von der American University of Beirut (Jaafar, H.H. und Ahmad, F.A. 2019. „Time series trends of Landsat-based ET using Automated Calibration in METRIC and SEBAL: The Bekaa Valley, Lebanon“, Remote Sensing of Environment) und Dr. Poolad Karimi vom IHE – Delft (Räumliche Evapotranspiration, Niederschlag und Landnutzungsdaten in der Wasserbilanzierung – Teil 1: Überprüfung der Genauigkeit der Fernerkundungsdaten, Hydrologie und Erdsystem Naturwissenschaften). Viel mehr internationale Literatur zur Genauigkeit von SEBAL ist öffentlich zugänglich.

Laden Sie das Validierungsbuch 2020 herunter