Enerji dengesine dayalı evapotranspirasyon haritalamada içsel kalibrasyon için temel hücrelerin görüntü filtreleme yaklaşımı ile seçilmesi

Selection of anchor pixels by using image filtering approach for internal calibration step of evapotranspiration mapping through energy balance

Özet

Evapotranspirasyon (ET) haritalama çalışmaları, su kaynakları yönetiminde hidrolojik su bütçelerinin hazırlanması ve sulu tarım alanlarında kullanılan su miktarlarının tahmin edilmesi gibi konularda büyük öneme sahiptir. Son yıllarda gelişen uydu teknolojileri sayesinde ET haritalama olanakları giderek artmaktadır. ET haritalarının hazırlanması amacıyla geliştirilmiş modellerin hemen hepsi, örneğin evapotranspirasyonun haritalanmasında yüksek çözünürlük ve içsel kalibrasyon modeli (METRIC) ve arazi için yüzey enerji dengesi algoritması (SEBAL), temel bileşenleri gizli ısı akısı (LE), hissedilebilir ısı akısı (H), net radyasyon (Rn) ve toprak ısı akısı (G) olan enerji dengesine dayanmaktadır. Uydu görüntülerinden elde edilen veriler ve meteorolojik verilerin bir arada kullanıldığı bu modellerde en önemli aşamalardan birisi hissedilebilir ısı akısı (H) hesaplamasıdır. METRIC ve SEBAL modellerinde H hesabı bir içsel kalibrasyon işlemi içermektedir. Bu kalibrasyon çalışma alanından seçilen soğuk ve sıcak hücre olarak adlandırılan iki uç koşula dayanmaktadır. Soğuk hücre, ET’ nin potansiyel düzeyde olduğu ve sıcak hücre ET’ nin en az düzeyde olduğu koşulları temsil etmektedir. Bu nedenle soğuk ve sıcak hücrenin seçilmesi, elde edilen ET haritasının doğruluğu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Söz konusu hücrelerin tarım alanlarından seçilmesi gerekmektedir ve çalışma sahası büyük olduğunda çeşitli filtreleme eşitliklerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın amacı METRIC modelinde soğuk ve sıcak hücrelerin seçimini kolaylaştıracak ve böylece ET haritalarının doğruluğunu arttıracak filtreleme yöntemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasıdır. Bu çalışma yarı nemli (Bafra) ve yarı kurak (Suluova) iklim özelliklerine sahip iki ayrı bölge için yürütülmüştür. Landsat 8 uydu görüntüleri kullanılmıştır. Filtreleme amacıyla geliştirilen eşitlikler Normalize edilmiş vejetatif değişim indeksi (NDVI) ve yüzey sıcaklığına (Ts) dayandırılmıştır. Geliştirilen filtreleme yöntemi ile soğuk ve sıcak hücre seçimi başarılı ve kolay bir biçimde gerçekleştirilmiştir. Filtreleme uygulanması, bir kişinden diğerine değişebilecek soğuk ve sıcak hücre seçimine belli bir standart getirmiştir. Filtreleme uygulaması ile soğuk ve sıcak hücre seçimi ET haritalamada doğruluğu arttırmış ve önemli düzeyde zaman kazandırmıştır.

Abstract

Evapotranspiration (ET) have great importance for calculation of hydrologic water budget in water resource management and to estimate irrigation water amount in agricultural water management. In recent years, ET mapping opportunities are gradually increased by development of satellite technologies. Almost, models developed for ET (METRIC, SEBAL etc.) are mostly depends on energy balance which main components are latent heat flux (LE), sensible heat flux (H), net radiation (Rn) and soil heat flux (G). METRIC and SEBAL are two important energy balance based models. In order to run these models data obtained from satellite images and meteorological stations should be used together and one of the most important step is calculation of sensible heat flux (H). In METRIC and SEBAL models calculation of H contains an internal calibration process which depends on two selected anchor pixels called hot and cold. Cold pixel represents a condition of ET at potential level and hot pixel represents a situation with ET at zero level. Therefore, selection of hot and cold pixels have an important effect on the accuracy of ET maps. Anchor pixels should be selected from agricultural areas and for large an area, filtration equations are required. Main purpose of this study was to develop filtration equations for facilitating selection of anchor pixels for a current model approach METRIC thus to improve accuracy of ET maps. This study was carried out for two separate regions which have sub-humid (Bafra) and semi-arid (Suluova) climate conditions. Landsat 8 satellite images were used. Equations developed for filtration purposes were depending on normalized difference vegetation index (NDVI) and surface temperature (Ts). By using filtration method developed in this study selection of anchor pixels were achieved correctly and easily. This method was standardized the anchor pixel selection which could be changed from one person to other. Application of filtration were improved the correctness of ET maps and offer an important opportunity to save time.