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En este trabajo se muestra la automatización en ArcGIS del procedimiento para el cálculo de la evapotranspiración (ET), que involucra el uso de modelos de balance de energía en conjunto con imágenes de satélite e información meteorológica básica. Para automatizar dicho procedimiento, se ha usado las herramientas ArcToolbox y ModelBuilder, con el fin de crear una nueva caja de herramienta personalizada con la secuencia del algoritmo para la obtención del mapa final de ET. Esta nueva caja de herramienta se usó para calcular la ET en el humedal El Paraíso ubicado al norte de Lima, estimándose que el volumen de agua consumido por los espejos de agua y la vegetación en las 651 ha del humedal ascienden a 6,1 x 10^6 m^3. El conocimiento de esta información resulta vital, ya que permitirá incluir a este tipo de ecosistemas en la gestión integrada de los recursos hídricos en el país. Por otra parte, el ArcGIS demostró ser un programa útil y flexible para la automatización de procesos.TRANSCRIPT
Esri LAUC13
Conferencia Latinoamericana de Usuarios Esri – LAUC 2013 16 al 18 de Octubre, 2013 | Lima, Perú
Mapeo de la
evapotranspiración usando
imágenes de satélite en
ArcGIS
Msc. Ing. Erick Garcia Gonzales
Autoridad Nacional del Agua-ANA
Esri LAUC13
Introducción
Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
• La gestión Integrada del agua requiere mejorar
nuestro conocimiento sobre el uso consuntivo
agrícola y las necesidades de agua de los
ecosistemas.
• La teledetección y los SIG actualmente ofrecen la
posibilidad de cuantificar este consumo de agua de
manera espacial y temporal.
• Las imágenes de satélite en combinación con
modelos de balance de energía (EB) e información
meteorológica básica permiten calcular la
evapotranspiración (ET).
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Usos del suelo
Humedales
Lagunas
Área foliar (LAI)
Índices
vegetación
ET
Humedad del
suelo
Precipitación
Nieve
Biomasa
productividad
….La Geomática y los modelos pueden ayudar en esto
Sensores Remotos + Información de Campo
Distintas escalas de análisis
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Objetivo
Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
• Implementar un algoritmo de balance de energía
para calcular la evapotranspiración (ET) usando
imágenes de satélite en ArcGIS
• Cuantificar con el algoritmo implementado la ET de
manera espacial y temporal en un ecosistema
dependiente del agua.
• Validar y comparar los resultados obtenidos con los
métodos convencionales para estimar la ET
(Penman-Monteith).
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¿Por qué estimar la evapotranspiración?
Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
• El conocimiento de la evapotranspiración (ET) es vital
para gestionar el agua,. Representa el agua removida
desde el suelo y la vegetación, y que ya no estará
disponible para otros usos.
• Después de la precipitación, la ET es el termino mas
significativo del balance hídrico y en zonas áridas el
más importante.
• Las instituciones que gestionan el agua requieren de
datos confiable de la ET para hacer un uso eficiente del
agua y considerar las necesidades de agua de los
ecosistemas.
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¿Cómo se calcula la ET?
Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
Métodos Convencionales:
• Mediciones directas: lisímetros,
bandeja de evaporación.
• Métodos indirectos. Usando
ecuaciones o formulas con
información meteorológica, técnicas
de correlación de remolinos.
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Uso de la teledetección para estimar la ET
Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
Métodos de Balance de Energia (EB):
• Se basan en resolver el EB usando
la información captada por los
satélites de observación terrestres.
• Un requisito indispensable es que el
satélite tenga banda térmica.
• El EB se resuelve pixel por pixel. El
producto final es una imagen de la
ET espacialmente distribuida.
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Visible e infrarrojo reflejado
Infrarrojo térmico
¿Cómo se calcula la ET con imágenes de satélite?
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La ET consume energía
• Aunque las imágenes de los satélite no miden el vapor de
agua directamente, los procesos de evaporación y
transpiración consumen energía, y esta si es medida por los
satélites.
Fuente: http://earthobservatory.nasa.gov/Features/WaterWatchers/
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Implementación del algoritmo en ArcGIS
• Se seleccionó el algoritmo de EB que se implementaría.
• Se automatizó dicho algoritmo en 21 pasos, usando la
herramienta ModelBuilder.
• Se creó una caja de herramientas en ArcToolbox con la
secuencia de pasos a seguir para la obtención del mapa
final de ET.
• Se procedió a testear el algoritmo y usarlo para un caso
especifico
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Principales pasos para calcular la ET
Radiación Neta (Rn) = función de: – fecha y hora – Reflectividad (brillo de superficie) – Temperatura de superficie Calor al suelo (G) = Empíricamente calculado en función de: – Cantidad de vegetación – Radiación neta – Temperatura de superficie, reflectividad Calor al aire (H) = función de: – Temperatura de superficie – Velocidad del viento – Tipo de vegetación y ‘rugosidad’ – Diferencia de temperaturas superficie-aire: – H en el pixel ‘cold’ 0 y LE = Rn – G
– H en el pixel ‘hot’ = Rn – G y LE =0
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Implementación del algoritmo en ArcGIS
• El ModelBuilder, nos permitió introducir de manera
sencilla las 21 ecuaciones para los submodelos.
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Implementación del algoritmo en ArcGIS
Se agrupó estos modelos dentro de un ArcToolbox para hacer más
ordenado y eficiente el trabajo.
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Poniendo la herramienta a trabajar
Calculo de la ET en el humedal El Paraíso-Huacho
Imagen MODIS 14/04/2008
• Se utilizó el programa de procesamiento de el programa ArcGis y el
arctoolbox “ET_versión 1.0”
• Se usó 11 subescenas del satélite MODIS, junto con información
meteorológica diaria para el período enero-diciembre de 2008.
Est. Alcantarilla
Mapa de ubicación
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NDVI
LULC
Tº
Albedo
H
Rn
G
ET
Aplicación del EB- Subproductos y Producto Final
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Estimación de la ET y Demanda de Agua del humedal El Paraíso
Evapotranspiración anual enero-diciembre
imágenes MODIS 2008 en el humedal
Paraíso
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Grafico de la distribución espacial de la
ET anual en el Humedal Paraíso-2008.
Grafico del volumen de agua consumido a
través de la ET en el Humedal Paraíso-2008.
ET y Consumo de Agua por coberturas del suelo en el
Humedal El Paraíso
• Distribución de la ET por coberturas del suelo en el Humedal Paraíso-2008.
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Validación relativa
• El valor medio acumulado para el
periodo enero-diciembre de 2008 fue
de 1013.80 mm/año (algoritmo de EB)
• La ETo fue 1110.86 mm/año,
diferencia relativa media de 8.9%.
• Los resultados a escala diaria
mostraron una diferencia relativa
media de 13%.
• El consumo de agua en las 651.33 ha
del humedal ascienden a 6.1 x 106 m3.
• Este dato será valioso para incorporar
a Paraíso en la gestión del agua.
En rojo la ET (EB) en azul la de Penman
Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS
En rojo la ET acumulada (EB) en azul la de Penman
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