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Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS, Erick García Gonzáles - Autoridad Nacional del Agua, Perú

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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.

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Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS, Erick García Gonzáles - Autoridad Nacional del Agua, Perú

  1. 1. 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
  2. 2. Introducción • 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). Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  3. 3. ….La Geomática y los modelos pueden ayudar en esto Sensores Remotos + Información de Campo Usos del suelo Humedales Lagunas Área foliar (LAI) Índices vegetación ET Humedad del suelo Precipitación Nieve Biomasa productividad Distintas escalas de análisis Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  4. 4. Objetivo • 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). Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  5. 5. ¿Por qué estimar la evapotranspiración? • 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. Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  6. 6. ¿Cómo se calcula la ET? Métodos Convencionales: • Mediciones directas: bandeja de evaporación. • Métodos indirectos. Usando ecuaciones o formulas con información meteorológica, técnicas de correlación de remolinos. Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS lisímetros,
  7. 7. Uso de la teledetección para estimar la ET 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. Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  8. 8. ¿Cómo se calcula la ET con imágenes de satélite? Visible e infrarrojo reflejado Infrarrojo térmico Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  9. 9. 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/ Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  10. 10. 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 Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  11. 11. 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 Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  12. 12. Implementación del algoritmo en ArcGIS • Esri LAUC13 El ModelBuilder, nos permitió introducir de manera sencilla las 21 ecuaciones para los submodelos. Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  13. 13. Implementación del algoritmo en ArcGIS Se agrupó estos modelos dentro de un ArcToolbox para hacer más ordenado y eficiente el trabajo. Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS
  14. 14. Poniendo la herramienta a trabajar Calculo de la ET en el humedal El Paraíso-Huacho • Se usó 11 subescenas del satélite MODIS, junto con información meteorológica diaria para el período enero-diciembre de 2008. • Se utilizó el programa de procesamiento de el programa ArcGis y el arctoolbox “ET_versión 1.0” Est. Alcantarilla Mapa de ubicación Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imagénes de satélite en ArcGIS Imagen MODIS 14/04/2008
  15. 15. Aplicación del EB- Subproductos y Producto Final Albedo G LULC Rn Tº NDVI H ET Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS
  16. 16. Estimación de la ET y Demanda de Agua del humedal El Paraíso Evapotranspiración anual enero-diciembre imágenes MODIS 2008 en el humedal Paraíso Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS
  17. 17. 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. Grafico de la distribución espacial de la ET anual en el Humedal Paraíso-2008. Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS Grafico del volumen de agua consumido a través de la ET en el Humedal Paraíso-2008.
  18. 18. 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%. En rojo la ET (EB) en azul la de Penman • 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 acumulada (EB) en azul la de Penman Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS
  19. 19. egarciag@ana.gob.pe Esri LAUC13 Mapeo de la evapotranspiración usando imágenes de satélite en ArcGIS

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