Estimació de l'evapotranspiració real i d'altres fluxos d'energia mitjançant la modelització SIG i la Teledetecció a Catalunya: aplicació amb sensors de mitjana i baixa resolució espacial

El control de l'evapotranspiració té implicacions importants sobre la modelització global i regional del clima, així com en el coneixement del cicle hidrològic i per avaluar sobre l'estrès mediambiental que afecta ecosistemes agrícoles i forestals. Un increment de l'evapotranspiració mentre la precipitació roman constant o es redueix podria disminuir la disponibilitat d'aigua per als sistemes naturals i/o agrícoles, així com per les necessitats humanes. Avui dia, les mesures radiomètriques proporcionades per la Teledetecció i la modelització SIG són les úniques tecnologies òptimes per calcular l'evapotranspiració en a escales regionals d'una manera factible. A més a més, també es necessari l'obtenció acurada dels fluxos d'energia que intervenen en el seu càlcul a escala regional i amb una resolució temporal elevada.El principal objectiu d'aquest treball és modelitzar i validar els principals factors implicats en el càlcul de de l'Evapotranspiració Real Diària (ETRd): temperatura de l'aire, temperatura de superfície terrestre i radiació neta, a escala local i regional a Catalunya (NE Península Ibèrica), usant imatges de Teledetecció de baixa i mitjana resolució espacial (TERRA/AQUA MODIS i Landsat, respectivament) i la modelització climàtica mitjançant eines SIG durant el període 2000-2007.Per la regionalització de la temperatura de l'aire (Ta), s'ha dut a terme un anàlisi de regressió múltiple combinat amb tècniques d'interpolació SIG usant predictors geogràfics (altitud, latitud, etc.) així com predictors provinents de la Teledetecció (NDVI, albedo, etc.). En el cas de les imatges Landsat, la temperatura de la superfície terrestre (TST) s'ha obtingut a partir de la millora d'un mètode ja existent usant la base de dades atmosfèrica TIGR-TOVS.La radiació neta (Rn) s'ha estimat a partir del balanç entre la radiació d'ona curta i la radiació d'ona llarga. A més, dos tipus d'aproximacions s'han dut a terme per a la seva determinació: l'estimació de les variables implicades en el càlcul a escala diària (Rndl); i el càlcul de la Rn l'hora de pas del satèl·lit (Rni) i la seva subseqüent conversió a Rn diària mitjançant la Rn ratio.Finalment, per a calcular l'ETRd s'ha usat el B-method, basat en el balanç energètic, que principalment necessita com a variables d'entrada la Rn i la diferència entre TST i Ta.Els principals resultats obtinguts en aquest treball són:1) La combinació de predictors de la Teledetecció i de predictors geogràfics ha disminuït el RMSE dels models de la temperatura de l'aire, obtenint en el cas de la Ta a l'hora de pas del satèl·lit valors de 1.8 K.2) La inclusió de la temperatura de l'aire conjuntament amb el vapor d'aigua per a obtenir la TST a escala regional ha mostrat ser de gran utilitat, obtenint un RMSE mitjà d'aproximadament 1 K.3) Els resultats obtinguts de la modelització de la Rn mostren un RMSE mitjà de 21 W·m-2 en el cas de Landsat i de 22 W·m-2 en el cas de TERRA/AQUA MODIS, essent aquests resultats iguals o millors que d'altres resultats publicats.4) Els errors obtinguts en la modelització de la TST, la Ta i la Rn fan possible introduir aquestes variables en el models de l'ETRd.5) Finalment, en el cas de la modelització de l'ETRd mitjançant TERRA/AQUA MODIS, s'ha obtingut un RMSE mitjà de 1.6 mm comparant-los amb dades in-situ de flux de saba, essent aquest error massa gran per a monitoritzar l'ETRd d'una manera òptima. En el cas de Landsat-5 TM s'ha obtingut millors resultats amb un RMSE mitjà de 0.6 mm els quals estan en concordança amb d'altres estudis que presenten un error estimat d'aproximadament ± 30%.Evapotranspiration monitoring has important implications on global and regional climate modeling, as well as in the knowledge of the hydrological cycle and to assess about environmental stress that affects forest and agricultural ecosystems. An evapotranspiration rise while precipitation remains constant or is reduced could decrease water availability for natural and agricultural systems and human needs. Nowadays, radiometric measurements provided by Remote Sensing and GIS analysis are the technologies used to compute evapotranspiration at regional scales in a feasible way. In addition, accurate estimation of energy fluxes of all variables implied in its computation at a regional scale and in a continuum basis is also needed.The aim of this work is to model and validate the main factors implied in Daily Actual Evapotranspiration modeling (AETd): air temperature, land surface temperature and net radiation at a local and a regional scales in Catalonia (NE Iberian Peninsula) using coarse and medium spatial resolution remote sensing data (TERRA/AQUA MODIS and Landsat, respectively) and GIS climate modeling from 2000 to 2007.To regionalize air temperature (Ta), a multiple regression analysis of geographical preditors (altitude, latitude, etc.) as well as remote sensing predictors (NDVI, albedo, etc.) combined with GIS interpolation techniques has been applied. In the case of Landsat images, land surface temperature (LST) has been obtained improving a current methodology using TIGR-TOVS atmospheric database. Net radiation (Rn) has been estimated through the balance among the net shortwave radiation Rn and the net longwave radiation. In addition, two types of approaches have been carried out for its determination: the estimation of the variables implied in the calculation of Rn at daily level (Rndl); and the calculation of the Rn at the time of satellite pass (Rni) and its subsequent conversion to daily Rn by means of the Rn ratio. Finally, to compute AETd we have used the B-Method, which is based on the energy budget, that mainly needs as an input variables Rn and the difference between LST and Ta. LST, Ta and Rn have been validated at a regional scale using ground meteorological stations data and atmospheric radiosoundings. AETd has been validated using canopy transpiration by means of sap flux measurements over a Scotts pine (Pinus sylvestris) stands located in Vallcebre (Pre-Pyrenees).The results of this work show that:1) The combination of remote sensing variables with geographical variables has decreased RMSE of air temperature models, obtaining in the case of at satellire Ta a RMSE of 1.8 K.2) The inclusion of air temperature together with water vapor to retrieve LST at a regional scale has proved to be of great utility, obtaining a mean RMSE of about 1 K.3) Rn obtained results show a mean RMSE of 21 W·m-2 in the case of Landsat and a mean RMSE of 22 W·m-2 in the case of TERRA/AQUA MODIS, being these results in agreement with other published results, but also offering better RMSE in some cases. 4) Errors obtained in LST, Ta and Rn modeling makes these variables useful as input variables to model AETd.5) Finally, In the case of TERRA/AQUA MODIS AETd modeling, a RMSE of 1.6 mm compared with sap flow measurements has been obtained, being this error too high to monitor AETd in an optimal way. In the case of Landsat-5 TM AETd modeling, we have obtained better results with a RMSE of 0.6 mm which are in agreement with other studies that present an estimated error of about ± 30%