Gerçek Evapotranspirasyonun Landsat Uydu Görüntüleri Kullanarak SEBAL Modeli ile Hesaplanması: Bolu/Yeniçağa Örneği

Year 2022, , 172 - 182, 18.09.2022

Atahan Evcen , Ali Levent Yağcı

https://doi.org/10.48123/rsgis.1126221

Abstract

Su yönetiminin en önemli basamaklarından biri, su bütçesinin yüksek doğruluklu bir şekilde hesaplanmasıdır. Su bütçesinde yağıştan sonraki en önemli parametre gerçek evapotranspirasyondur (ET). ET, bitki yüzeyinden terleme ve toprak yüzeyinden buharlaşma ile kaybolan su miktarının toplamıdır. Bu çalışmada ET’nin Landsat 5 ve Landsat 8 uydu görüntüleri kullanarak SEBAL modeli ile hesaplanması ve modelin doğruluğunun yersel veriler kullanarak test edilmesi amaçlanmıştır. SEBAL modeli ile üretilen ET haritaları, 2010-2014 yılları arasında Bolu Yeniçağa Gölü’nün kuzey tarafında kurulan yersel akı kulesinde eddy kovaryans yöntemi ile toplanan gözlemler ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, uydu görüntülerinden SEBAL modelinden hesaplanan ET değerleri ile yersel verilerden hesaplanan günlük ET değerleri arasında güçlü bir ilişki bulunmuştur (R²=0.83). Ayrıca, model yersel veriye göre günlük toplam ET değerlerini 0.04 mm fazla (pozitif biyas) hesaplamıştır. Modelin yersel verilere göre mutlak ortalama ve karesel ortalama hata değerleri sırasıyla günlük 0.63 mm ve 0.71 mm bulunmuştur.

Keywords

Uzaktan algılama, Gerçek evapotranspirasyon, SEBAL, Eddy kovaryans yöntemi, Landsat

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

120Y050

Thanks

Bu çalışma TÜBİTAK 3501 - Kariyer Geliştirme Programı (Proje No: 120Y050) ve TÜBİTAK 2209-A Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destekleme Programı (Proje Adı: Gerçek Evapotranspirasyonun Uydu Görüntüleri Kullanarak SEBAL Modeli ile Hesaplanması) kapsamında desteklenmiştir. Modelin doğrulanmasında kullanılan Bolu Yeniçağa’da kurulan akı kulesinde toplanan yersel gözlemleri paylaştığı için Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Çevre Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Fatih Evrendilek’e teşekkür ederim.

The Estimation of Actual Evapotranspiration by the SEBAL Model Using the Landsat Satellite Images: A Case Study of Yenicaga, Bolu

Abstract

One of the most prominent steps in water management is the accurate estimation of the water budget terms. Evapotranspiration (ET) is the second most important parameter after precipitation in terrestrial water budgets. ET is the sum of water loss through transpiration from plants and evaporation from soils. The objective of this study is to compute ET rates by the SEBAL model using Landsat 5 and Landsat 8 satellite images and to determine the accuracy of the model against ground observations. The ET maps produced by the SEBAL model were compared against the observations collected by the flux tower equipped with the eddy covariance system around Yenicağa Lake in Bolu, Turkey between 2010 and 2014. The results indicated that there was a strong correspondence between the model and ground ET estimates (R²=0.83). The model overestimated the daily total ET values only by 0.04 mm (positive bias). The validation of the model against ground data yielded relatively small errors. The daily mean absolute and root mean square errors were 0.63 mm and 0.71 mm, respectively.

Keywords

Remote sensing, Actual evapotranspiration, SEBAL, Eddy covariance method, Landsat

Project Number

120Y050

References

• Atasever, Ü. H., Çobaner, M., Çeti̇n, M., Özkan, C., & İnan, H. İ. (2016). SEBAL tekniği ve Landsat 8 uydu görüntüsü kullanılarak gerçek evapotranspirasyonun haritalanması: Kayseri örneği. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 7(2), 237-245.
• Atasever, U. H., & Ozkan, C. (2018). A New SEBAL Approach Modified with Backtracking Search Algorithm for Actual Evapotranspiration Mapping and On-Site Application. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 46(8), 1213-1222.
• Aksu, H., & Arikan, A. (2017). Satellite-based estimation of actual evapotranspiration in the Buyuk Menderes Basin, Turkey. Hydrology Research, 48(2), 559–570.
• Baldocchi, D. (2003). Assessing the eddy covariance technique for evaluating carbon dioxide exchange rates of ecosystems: Past, present and future. Global Change Biology, 9(4), 479-492.
• Bastiaanssen, W. G. M. (2000). SEBAL-based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz Basin, Turkey. Journal of Hydrology, 229(1), 87-100.
• Bastiaanssen, W. G. M., Menenti, M., & Feddes, R. A. (1998). A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL). 1. Formulation. Journal of Hydrology, 212-213(1998), 198-212.
• Beyribey, M., Çakmak, B., Sönmez, F. K., & Oğuz, M. (1997). Sulama Şebekelerinde Blaney Criddle ve Penman o Monteith Yöntemlerine Göre Sulama Suyu ihtiyacının Karşılaştırılması. Tarım Bilimleri Dergisi, 3(1), 74-78.
• Çaldag, B. (2019). Bitki Yüzeyi Üzerinde Enerji Dengesi Bileşenlerinin Belirli Fenolojik Aşamalarda Analizi. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 21(61), 97-105.
• Evrendilek, F. (2015). Assessing CO2 sink/source strength of a degraded temperate peatland: Atmospheric and hydrological drivers and responses to extreme events. Ecohydrology, 8(8), 1429-1445.
• Laipelt, L., Henrique Bloedow Kayser, R., Santos Fleischmann, A., Ruhoff, A., Bastiaanssen, W., Erickson, T. A., & Melton, F. (2021). Long-term monitoring of evapotranspiration using the SEBAL algorithm and Google Earth Engine cloud computing. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 178(2021), 81-96.
• Li, Z.-L., Tang, R., Wan, Z., Bi, Y., Zhou, C., Tang, B., Yan, G., & Zhang, X. (2009). A Review of Current Methodologies for Regional Evapotranspiration Estimation from Remotely Sensed Data. Sensors, 9(5), 3801-3853.
• Mohan, M. M. P., Kanchirapuzha, R., & Varma, M. R. R. (2020). Review of approaches for the estimation of sensible heat flux in remote sensing-based evapotranspiration models. Journal of Applied Remote Sensing, 14(4), 041501. doi: 10.1117/1.JRS.14.041501
• Monteith, J. L. (1965). Evaporation and environment. Symposia of the Society for Experimental Biology, 19, 205-234.
• Ormeci, C., & Ekercin, S. (2007). An assessment of water reserve changes in Salt Lake, Turkey, through multi-temporal Landsat imagery and real-time ground surveys. Hydrological Processes, 21(11), 1424-1435.
• Sawadogo, A., Ti̇m, H., Gündoğdu, K. S., Demi̇r, A. O., Ünlü, M., & Zwart, S. J. (2020). Comparative analysis of the pysebal model and lysimeter for estimating actual evapotranspiration of soybean crop in Adana, Turkey. International Journal of Engineering and Geosciences, 5(2), 60-65.
• Singh, R. K., Irmak, A., Irmak, S., & Martin, D. L. (2008). Application of SEBAL Model for Mapping Evapotranspiration and Estimating Surface Energy Fluxes in South-Central Nebraska. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 134(3), 273-285.
• Sun, G., Noormets, A., Chen, J., & McNulty, S. G. (2008). Evapotranspiration estimates from eddy covariance towers and hydrologic modeling in managed forests in Northern Wisconsin, USA. Agricultural and Forest Meteorology, 148(2), 257-267.
• Şaylan, L., Özkoca, Y., Çaldağ, B., & Bakanoğullari, F. (2018). Comparison of Micrometeorological Methods used for the Determination of Actual Evapotranspiration. International Journal of Crop Science and Technology, 4(1), 13-22.
• Yagci, A., & Santanello, J. (2018). Estimating Evapotranspiration From Satellite Using Easily Obtainable Variables: A Case Study Over the Southern Great Plains, USA. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 11(1), 12-23.
• Yağcı, A. L. (2023) Bolu Yeniçağa’da evapotranspirasyonun Landsat uydu görüntüleri ve trapezoid model ile izlenmesi. Geomatik, 8(1), 18-26.
• Yanmaz, D. D. (2019). Estimating evapotranspiration by METRIC model over Çakit basin (Master thesis). Middle East Technical University, Ankara, Turkey.
• Yılmaz, M. T., & Bulut, B. (2016). Türkiye’deki 2000-2015 yılları arasındaki buharlaşma ve terlemenin NOAH hidrolojik modeli ile incelenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 7(2), 225-235.