VALIDATION OF A HYBRID EVAPOTRANSPIRATION MODEL USING SATELLITE IMAGERY AND PRECIPITATION-FLOW DATA

Resumen

VALIDATION OF A HYBRID EVAPOTRANSPIRATION MODEL USING SATELLITE IMAGERY AND PRECIPITATION-FLOW DATA

RAONI WAINER DUARTE BOSQUILIA¹; CHRISTOPHER MICHAEL USHER NEALE²; SERGIO NASCIMENTO DUARTE³; SILVIO FROSINI DE BARROS FERRAZ³; PEDRO PAULO DA SILVA BARROS⁴ AND FRANK EDGAR MULLER-KARGER⁵

¹ Federal Technological University of Paraná (UTFPR), Dois Vizinhos Campus, Estrada para Boa Esperança, km 4, CEP 85660-000, Dois Vizinhos, Paraná, Brazil, e-mail: raonibosquilia@utfpr.edu.br

² University of Nebraska-Lincoln, Water for Food Institute, 2021 Transformation Dr Suite 3220, zipcode 68588, Lincoln, NE, USA, e-mail: cneale@nebraska.edu

³ University of São Paulo (USP), Luiz de Queiroz College of Agriculture (ESALQ), Av. Pádua Dias, 235, CEP 13418-900, Piracicaba, São Paulo, Brazil, e-mail: snduarte@usp.br; silvio.ferraz@usp.br

⁴ Federal University of Uberlândia (UFU), Campus Monte Carmelo, Rodovia LMG 746, Km 1, CEP 38500-000, Monte Carmelo, MG, Brazil, e-mail: pedropaulo.barros@ufu.br

⁵ University of South Florida, Saint Petersburg, College of Marine Sciences, 830 1st St S, zipcode 33701, St. Petersburg, FL, USA, e-mail: carib@usf.edu

1 ABSTRACT

To quantify the water balance in watersheds, it is necessary to know the components of the hydrologic cycle, especially evapotranspiration (ET). Many studies have been conducted using a single-source model such as SEBAL to estimate the actual ET (ETa) from satellite imagery; however, other models have been developed and continuously improved, such as the Two Source Energy Balance (TSEB). This study evaluated ETa estimation performed by a hybrid TSEB ET model programmed in the Spatial Evapotranspiration Modeling Interface (SETMI) using satellite imagery. The evaluation was conducted over two full hydrological years, developing a new methodology to convert hourly ETa data to monthly and annual data. The results of applying the TSEB/SETMI model to Landsat 8 imagery were validated to a water balance calculation from field measurements in three representative watersheds in Corumbataí, SP, Brazil. Thus, it was concluded that the adjustment applied to monthly and annual ET data produced results statistically correlated to those obtained through a simplified annual water balance, confirming that the developed methodology can be used to estimate monthly and annual ET from Landsat 8 imagery and the hybrid ET model.

Keywords: Landsat 8, two source energy balance, remote sensing, water balance

BOSQUILIA, R. W. D.; NEALE, C. M. U.; DUARTE, S. N.; FERRAZ, S. F. B.; BARROS, P. P. S.; MULLER-KARGER, F. E.

VALIDAÇÃO DE UM MODELO HÍBRIDO DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO UTILIZANDO IMAGENS DE SATÉLITE E DADOS DE CHUVA-VAZÃO

2 RESUMO

Para quantificar o balanço hídrico em bacias hidrográficas, é necessário conhecer os componentes do ciclo hidrológico, especialmente, a evapotranspiração (ET). Muitos estudos têm sido realizados utilizando um modelo de fonte única como o SEBAL para estimar a ET real (ETa) a partir de imagens de satélite; contudo, outros modelos têm sido desenvolvidos e continuamente melhorados, tais como o Balanço Energético de Duas Fontes (TSEB). Este estudo avaliou a estimativa da ETa realizada por um modelo de ET híbrido de TSEB programado na Interface de Modelagem de Evapotranspiração Espacial (SETMI) utilizando imagens de satélite. A avaliação foi realizada ao longo de dois anos hidrológicos completos, desenvolvendo-se uma nova metodologia para converter os dados de ETa horários em dados mensais e anuais. Os resultados da aplicação do modelo TSEB/SETMI às imagens do Landsat 8 foram validados contra um de cálculo do balanço hídrico a partir de medições de campo em três bacias hidrográficas representativas de Corumbataí, SP, Brasil. Assim, concluiu-se que o ajustamento aplicado aos dados mensais e anuais da ET produziu resultados estatisticamente correlacionados aos obtidos através de um balanço hídrico anual simplificado, confirmando que a metodologia desenvolvida pode ser empregada em estimativas mensais e anuais da ET a partir de imagens do satélite Landsat 8 e do modelo de ET híbrido.

Palavras-chave: Landsat 8, balanço energético de duas fontes, sensoriamento remoto, balanço hídrico