Wetenschap

Een thermische technologie als basis voor onze data

SEBAL model

Het Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) is het kernmodel van IrriWatch. SEBAL is gebaseerd op het turbulente transport van momentum, voelbare warmte en latente warmtefluxen tussen land en atmosfeer met behulp van de stelling van Monin Obukhov. Het verdeelt de netto beschikbare energie tussen hete (nul latente warmtestroom) en koude pixels (nul voelbare warmtestroom) door een geautomatiseerd intern kalibratieproces met behulp van eindelementen op basis van bereiken van de temperatuur van het landoppervlak. Gedurende 30 jaar hebben professor Bastiaanssen en zijn M.Sc. en Ph.D. studenten hebben veldonderzoek gedaan om de schattingen van verdamping, bodemvocht en gewasproductie van SEBAL te kloppen. Dit omvat validatie in granen, wortel- en knolgewassen, tropische fruitbomen, groenten, peulvruchten, vezelgewassen en voedergewassen. Er zijn honderden wetenschappelijke artikelen voor het publiek toegankelijk.

We gebruiken satellietgegevens

De metingen van bladtemperatuur, zonnestraling, bladgrootte van gewassen en fotosynthese zijn allemaal gebaseerd op aardobservatiesatellieten. Satellieten meten het gewas dagelijks routinematig en voor alle velden en landen op identieke wijze. De ruwe satellietgegevens worden beschikbaar gesteld door de ruimtevaartorganisaties. Met behulp van SEBAL wordt uit deze ruwe data de daadwerkelijke verdamping (ET), bodemvocht en koolstofflux (C) verwerkt. Gewassen met een verhoogde bladtemperatuur hebben onvoldoende toegang tot water, of worden door iets anders beperkt.

De snelheid van transpiratie is vergelijkbaar met sapstroom die de opname van water door wortels weerspiegelt. Zo kunnen we essentiële wortelzoneprocessen bepalen en fundamentele ondergrondse fysieke processen bepalen die van bovenaf niet zichtbaar zijn. Een achtergrondcollege over de gewas- en bodemfysica is te vinden op het IrriWatch YouTube-kanaal.

We kijken in de wortelzone

Irrigatieplanning is meer dan het beoordelen van een bovengrondse gewascoëfficiënt Kc. Om deze reden bepalen we het bodemwaterpotentieel en het bodemvocht geïntegreerd in de wortelzone om te beslissen over de timing van irrigatie, de minimale hoeveelheid om verarmd water aan te vullen en de maximale hoeveelheid om percolatieverliezen te minimaliseren. Oplossingen op basis van microgolfsatellieten schatten op zijn best het bodemvocht van de huid van 5 cm en worden dus vermeden in de IrriWatch-technologie. Wij kijken dieper.

Het kernmodel in 5 punten

  • Satellieten meten bladtemperatuur, zonnestraling, bladgrootte van gewassen en fotosynthese.
  • De bladtemperatuur bij een bepaald vegetatiedek en stralingsniveau weerspiegelt de werkelijke sapstroom door het gewas.
  • De sapstroom reageert op bladwater en bodemwaterpotentieel. Zodat we in de bodem kunnen kijken en fysieke processen van de wortelzone kunnen bepalen.
  • Het kritische bodemvocht drukt de drempelwaarde uit voor verminderde sapstroom en verminderde gewasproductie.
  • Informatie over fluctuaties van bodemvocht ten opzichte van kritisch bodemvocht is een goede basis voor beslissingen over irrigatieacties.

WE HEBBEN ONZE TECHNOLOGIE VERFIJND DOOR 30 JAAR VELDTESTEN

De meest nauwkeurige methode die beschikbaar is

SEBAL wordt over het algemeen als redelijk bevredigend en grotendeels nauwkeurig beoordeeld bij het schatten van verdamping. Het wordt geïnspecteerd, geverifieerd en gevalideerd door verschillende onafhankelijke en internationale universiteiten en onderzoeksinstituten. Meer recentelijk is de 4e generatie SEBAL geverifieerd door onze klanten. We hebben een IrriWatch-validatieboek gepubliceerd voor veldtests die in 2020 zijn uitgevoerd. Acht verschillende landen zijn betrokken en er zijn verschillende soorten gewassen getest (maïs, rijst, suikerbieten, aardappelen, uien, druiven, amandelen, walnoten). De validatie gebeurt op meteorologische parameters, verdamping, bodemvocht en gewasopbrengst. In de meeste gevallen varieert de biasfactor van 0,97 tot 1,03 en de correlatiecoëfficiënt tussen R2 = 0,8 en 0,99. De veldmetingen hebben ook hun eigen uitdagingen om automatisch biofysische processen te meten. De gevonden afwijkingen vallen vaak binnen de foutmarges van de veldmetingen.

Internationale universiteiten hebben altijd onafhankelijk onderzoek gedaan naar de juistheid van SEBAL. Twee recente uitstekende papers zijn van Dr. Hadi Jafaar en zijn collega’s van de American University of Beirut (Jaafar, H.H. en Ahmad, F.A. 2019. “Tijdreekstrends van Landsat-gebaseerde ET met behulp van geautomatiseerde kalibratie in METRIC en SEBAL: The Bekaa Valley, Libanon”, Remote Sensing of Environment) en Dr. Poolad Karimi van IHE – Delft (Spatial evapotranspiration, rain, and land use data in water accounting – Part 1: Review of the accurate of the remote sensing data, Hydrology and Earth System Wetenschappen). Veel meer internationale literatuur over de nauwkeurigheid van SEBAL is toegankelijk in het publieke domein.

Download het validatieboek voor 2020