Metodología para la estimación de la facción evaporable y la evapotranspiración con productos MODIS

V. Venturini

Description

Resumen
En este trabajo se presenta una nueva metodología para obtener mapas de la fracción evaporable (FE) y de evapotranspiración (ET) a partir de los productos derivados del sensor MODIS, sin necesidad de calibración local. Este método está basado en la relación complementaria propuesta por Granger, la ecuación de Priestley-Taylor y el concepto de evaporación relativa. El resultado de combinar estas tres ecuaciones es una ecuación simple para calcular ET sin los parámetros de resistencia comúnmente utilizados para estimar ET. Los valores de ET obtenidos con el método propuesto han sido validados en la región denominada Southern Great Plains (SGP) de los Estados Unidos de Norteamérica, para tres (3) días despejados durante marzo-abril de 2003. Los resultados sugieren que esta nueva formulación es sólida y valida no sólo con mapas de temperatura de superficie sino también con mapas de temperatura de brillo obtenidos con un solo canal.
Abstract
We present a new formulation to derive evaporative fraction (EF) and evapotranspiration (ET) maps from MODIS products without site-specific relationships. This formulation is based on Granger’s complementary relationship, Priestley-Taylor’s equation and the relative evaporation concept (ET/Epot). By combining these three equations we obtain a simple model to estimate ET without the resistant parameters commonly applied in ET formulations. We tested and validated the ET results obtained with the proposed formulation over the Southern Great Plains (SGP) region of the United States for clear sky days during March-April 2003. Our results suggest that the proposed approach is robust and valid not only with surface temperature maps but also with one channel brightness temperature.

Sujets

• Evapotranspiración
• Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer
• Estados Unidos

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• Publié le: 01 janvier 2007
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Extrait

Revista de Teledetección. 2007. 27: 44-52
Metodología para la estimación de la facción
evaporable y la evapotranspiración
con productos MODIS
1 1 2V. Venturini , L. Rodríguez y S. Islam
1 Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas, Universidad Nacional del Litoral
C.C. 217, Santa Fe, 3000. Argentina.
2 Department of Civil and Environmental Engineering, Tufts Universit
113 Anderson Hall, Medford, MA 02155.
RESUMEN ABSTRACT
En este trabajo se presenta una nueva metodología We present a new formulation to derive evaporati-
para obtener mapas de la fracción evaporable (FE) y ve fraction (EF) and evapotranspiration (ET) maps
de evapotranspiración (ET) a partir de los productos from MODIS products without site-specific relations-
derivados del sensor MODIS, sin necesidad de cali- hips. This formulation is based on Granger’s comple-
bración local. Este método está basado en la relación mentary relationship, Priestley-Taylor’s equation and
complementaria propuesta por Granger, la ecuación de the relative evaporation concept (ET/Epot). By com-
Priestley-Taylor y el concepto de evaporación relativa. bining these three equations we obtain a simple
El resultado de combinar estas tres ecuaciones es una model to estimate ET without the resistant parameters
ecuación simple para calcular ET sin los parámetros commonly applied in ET formulations. We tested and
de resistencia comúnmente utilizados para estimar ET. validated the ET results obtained with the proposed
Los valores de ET obtenidos con el método propuesto formulation over the Southern Great Plains (SGP)
han sido validados en la región denominada Sourthen region of the United States for clear sky days during
Great Plains (SGP) de los Estados Unidos de Nortea- March-April 2003. Our results suggest that the pro-
mérica, para tres (3) días despejados durante marzo- posed approach is robust and valid not only with sur-
abril de 2003. Los resultados sugieren que esta nueva face temperature maps but also with one channel
formulación es sólida y valida no sólo con mapas de brightness temperature.
temperatura de superficie sino también con mapas de
temperatura de brillo obtenidos con un solo canal.
INTRODUCCIÓN 1977; Seguin et al., 1989; Granger y Gray, 1989;
Jiang y Islam, 2001; Norman et al., 2003; Nishida et
Las estimaciones precisas de la evapotranspira- al., 2003; Rivas y Caselles, 2004). Sin embargo, sólo
ción (ET) y de la fracción evaporable (FE) son algunos de estos métodos están basados en las cono-
necesarias para una gran variedad de modelos cidas relaciones complementarias, las que postulan
hidrológicos así como también en el manejo agro- que ET puede ser calculada como una función com-
pecuario. Como consecuencia de ello, en las dos plementaria de la evaporación potencial (Epot) y de
últimas décadas se ha desarrollado una amplia la evapotranspiración en ambientes húmedos (Ew).
gama de modelos para calcular ET para un vasto La primera relación complementaria fue propues-
rango de condiciones de la superficie y escalas ta por Bouchet (1963), quién se basó en un experi-
espacio-temporales. La mayoría de estos modelos mento de campo para la formulación de la misma.
son variaciones de las ecuaciones de Penman (Mon- Dicha formulación ha sido objeto de muchas inves-
teith y Unsworth, 1990) y de Priestley-Taylor, ecua- tigaciones y la base de algunos modelos que fueron
ción citada como P-T de ahora en adelante (Pries- aplicados con éxito bajo diferentes condiciones
tley y Taylor, 1972). Los modelos desarrollados en superficiales y atmosféricas (Brutsaert y Stricker,
base a estas dos ecuaciones han sido validados con 1979; Morton, 1983; Granger y Gray, 1989; Ramí-
una amplia gama de resultados (Jackson et al., rez y Hobbins, 2005).
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Luego de revisar cuidadosamente diversos con- donde es la constante psicrométrica y es la pen-
ceptos de Epot, Granger (1989) propuso una fun- diente de la curva de presión de saturación del
ción complementaria basada en la transferencia de vapor de agua (SVP) Ew es la evapotranspiración
masa de vapor de agua. Granger relacionó diferen- real de una superficie húmeda que se corresponde
tes conceptos de Epot, argumentando que los pro- con el concepto propuesto por Penman (Monteith y
cesos involucrados en cada uno de ellos son com- Unsworth, 1990) y Epot es la evapotranspiración
plementarios y que la relación derivada con dos de potencial.
ellos sería de validez universal. Por otra parte, Granger y Gray (1989) propusie-
Cabe destacar que, hasta hace relativamente pocos ron una expresión para la evaporación relativa, la
años, los datos atmosféricos disponibles para las que se define como el cociente entre ET y Epot.
aplicaciones antes mencionadas, provenían básica- Esta expresión está basada en las ecuaciones de
mente de estaciones meteorológicas con escasos Dalton , como se observa a continuación:
datos sobre la temperatura de la superficie terrestre
(Ts). El advenimiento de la tecnología satelital posi-
(2)
bilitó que hoy en día se disponga de datos diarios de
Ts, mientras que los datos atmosféricos aún son
derivados de estaciones meteorológicas. Por este
donde f es una función de la velocidad del viento y
umotivo la mayoría de las metodologías desarrolladas
la altura de la vegetación, e es la presión de vapor
srecientemente requieren escasa información meteo-
de agua de la superficie para el contenido de hume-rológica mientras que explotan la tecnología sateli-
dad y temperatura al momento de la medición, e esatal que permite caracterizar la superficie (Price,
la presión de vapor del aire para la humedad relati-1990; Jiang y Islam, 2001; Nishida et al., 2003).
*va y temperatura al momento de la medición y e sEl desarrollo de productos atmosféricos deriva-
es la presión de vapor de saturación de la superficie.dos de los sensores MODIS a bordo de los satélites
Las ecuaciones (1) y (2) permiten obtener unEOS-Terra y EOS-Aqua constituye un avance muy
modelo para calcular ET que depende sólo del con-significativo para el desarrollo y la aplicación de
cepto de Ew y es independiente de los términos demodelos para calcular ET y FE. En este sentido, los
resistencia por la acción del viento.productos MOD07, generados con imágenes de
Desde el punto de vista de la teleobservación, elEOS-Terra, y MYD07, obtenidos con imágenes de
efecto de enfriamiento causado por ET es observa-EOS-Aqua, proveen perfiles diarios de la tempera-
ble en Ts, que engloba la cobertura vegetal y el con-tura atmosférica (Ta) y de la temperatura de punto
tenido de humedad del suelo, entre otros factoresrocío (Td) con una resolución espacial de 5x5 km
(Sun y Pinker, 2004). Por lo tanto, el gradiente (e -s(Menzel et al., 2002).
e ) debería relacionarse con la temperatura del con-aEn este trabajo se presenta una nueva metodolo-
junto suelo-vegetación. Aunque la relación entre lagía para calcular ET y FE a partir de datos teleob-
presión de vapor y la temperatura no es lineal, a losservados, así como también una comparación de los
fines prácticos, la misma es comúnmente rectifica-resultados obtenidos con imágenes de Ts distribui-
da para pequeñas diferencias de temperatura. En ladas por el equipo científico de MODIS y con tem-
Figura 1 se puede observar la relación entre lasperatura de brillo mono-canal sin correcciones
*diferentes variables en juego, y donde e represen-atmosféricas. u
ta la presión de vapor de saturación correspondien-
te a una temperatura de superficie T desconocida.u
En orden a utilizar la ecuación (2) para estimarMÉTODO PROPUESTO
*ET, es necesario conocer (e -e ) y (e -e ). Se utilizas a s a
aquí la curva de SVP y la variable temperatura paraEl método que se aplica en este trabajo hace uso
aproximar las presiones de vapor.del modelo complementario propuesto por Granger
Una analogía con el concepto de temperatura(1989), en particular la fórmula propuesta para cal-
punto rocío (Td) sugiere que Ts sería la temperatu-cular la evaporación relativa que tiene la forma:
ra de la superficie si ésta es saturada sin cambiar su
presión de vapor de agua real. De este modo, Tu
(1) debe ser menor que Ts si la superficie no está satu-
rada, y próxima a Ts si la superficie está saturada.
N.º 27 - Junio 2007 45
a6V. Venturini, L. Rodríguez y S. Islam
Dalton y Ew con P-T, de forma tal que la desigualdad
Epot>Ew>ET se siga verificando. Combinando las
ecuaciones (1), (3) y la ecuación de P-T se obtiene:
(4)
donde es el parámetro de P-T, el que puede ser cal-
culado con la expresión analítica propuesta por
Eichinger et al. (1996) o reemplazado por 1.26, valor
propuesto por Priestley y Taylor. Rn es la rad