Onderzoeksproject S0/00/001 (Onderzoeksactie S0)
Thema en situering
Het project hoort thuis in het onderzoeksdomein "Vegetatie op locale schaal en landbouw".
Gedurende de afgelopen jaren heeft het opvolgen van de agrarische productie door middel van teledetectie veel aandacht gekregen en was er een brede interesse vanuit de publieke sector en de agri-business. Terwijl het onderscheiden van het type gewas een courante toepassing is gevonden, werd de modellering van de gewasgroei meestal beperkt tot benaderingen uitgaande van één sensor. Naast de optische gegevens die sinds geruime tijd werden gebruikt in dit domein, hebben radarterugkaatsingsmodellen de mogelijkheid gedemonstreerd om het radarsignaal te inverteren naar diverse biofysische parameters zoals de biomassa, de bladoppervlakteindex (LAI), de hoogte en bedekkingsgraad van planten.
Goede resultaten werden bekomen voor graangewassen en suikerbieten en significante vooruitgang wordt verwacht bij het gebruik van polarimetrische SAR (Synthetic Aperture Radar) gegevens en van gegevens met zeer hoge temporele resolutie (Wide Swath ASAR). Daarenboven geeft het bepalen van bodemvocht met behulp van afstandswaarnemingen een nieuwe opportuniteit om de gewasopbrengstmodellen te verbeteren door middel van verbeterde schattingen van de temporele en ruimtelijke variabiliteit van de bodemvochtverdeling in de onverzadigde zone.
Aangezien enerzijds de gewasontwikkeling zeer sterk afhangt van de watervoorraad in de bovenste bodemlagen en anderzijds de informatie van de bodemvochtgehalte toelaat de teledetectie van gewassen te verbeteren, zal een samenwerking tussen gespecialiseerde teams in de hydrologie en in de landbouwkunde in staat zijn om de huidige methodes significant te verbeteren. Tenslotte is het voornaamste probleem bij het operationeel gebruik van de gewasgroeimodellen de temporele resolutie van de afstandswaarnemingen met een hoge ruimtelijke resolutie. De synergie tussen de mogelijkheid van het onderscheiden door verschillende optische sensoren en de grote frequentie van SAR observaties, laat toe een nieuwe benadering te ontwikkelen op verschillende ruimtelijke en temporele schalen, zowel voor de hydrologische aspecten als bij de opvolging van gewassen.
Doelstellingen
Het algemeen doel van het onderzoek is de ontwikkeling van een regionaal model dat de groei van gewassen simuleert. Het is de bedoeling het model regelmatig bij te sturen door gebruik te maken van afstandswaarnemingen. Ook zal een ruimtelijk gedistribueerde hydrologische module geïntegreerd worden. De wetenschappelijke uitdaging is tweevoudig. Enerzijds moet de assimilatie van verschillende types van gegevens (bekomen op verschillende schalen vanuit verschillende bronnen) in een regionaal gewasgroeimodel uitgewerkt worden. Anderzijds moeten methoden ontwikkeld worden om, op basis van informatie van optische sensors en synthetic aperture radar (SAR) gegevens, hydrologische en landbouwkundige parameters samen in te schatten. Het hydrologische en gewasgroei-model zullen ontwikkeld en gevalideerd worden op twee testsites. De robuustheid van de voorgestelde algoritmes zal systematisch geëvalueerd worden door kruisvalidatie, aangezien de twee proefgebieden gekarakteriseerd zijn door zeer verschillende pedologische en topografische condities.
Meer in het bijzonder zijn de zes specifieke doelstellingen als volgt gedefinieerd:
Het eerste objectief is de karakterisatie van de ruwheid van de bodem en de temporele evolutie ervan, met als doel de extractie van biofysische variabelen significant te verbeteren vertrekkend van SAR gegevens.
De tweede doelstelling is de schatting van het bodemvocht op perceelsschaal en op regionale schaal op basis van multigepolariseerde radarbeelden. De bodemvochtigheid zal zowel voor onbegroeide bodems als voor bodems die bedekt zijn met gewassen geschat worden.
De derde doelstelling bestaat in het geautomatiseerd afbakenen van percelen en de karakterisatie van de variabiliteit tussen de percelen onderling op basis van hyperspectraal beelden.
De vierde doelstelling omvat de bepaling van gewasspecifieke parameters op perceelsniveau en op regionale schaal door SAR gegevens en optische gegevens te combineren.
De vijfde doelstelling bestaat uit de implementatie van verschillende assimilatietechnieken in hydrologische en gewasgroeimodellen. Die technieken moeten rekening houden met de verschillende kwaliteit van de informatie die uit de diverse afstandswaarnemingen afgeleid wordt. Het zesde objectief is de ontwikkeling van een regionaal gewasgroeimodel, waarbij feed-back mechanismen tussen het water in de wortelzone en de gewasgroei expliciet opgenomen zijn.
Bijzondere aandacht zal tenslotte gaan naar de assimilatie van informatie, met lage ruimtelijke resolutie, om de 3 à 5 dagen geleverd door de WS ASAR of de assimilatie van gegevens met een middelmatige resolutie, geleverd door optische sensors, zoals VEGETATION, MERIS en MODIS.
