Onderzoeksproject T4/DD/09 (Onderzoeksactie T4)
Dit voorstel past binnen de optie "Fundamenteel onderzoek" van het programma "Aardobservatie met satellieten", subprogramma "Wereldwijde klimaatverandering", thema ‘vochtgehalte in de bodem’ (A2).
De algemene doelstelling van dit project is de ontwikkeling van algoritmen om het vochtgehalte van de grond in de wortelzone te bepalen met behulp van multitemporele radarwaarnemingen. Vanwege de complexe verbanden in de interacties van elektromagnetische golven met de bovenste grondlaag, zullen we ons binnen het kader van dit project concentreren op naakte bodems.
Het algoritme zal gebruik maken van een toestandsreconstructietechniek: de Kalman-filter. De onverzadigde bodemlaag wordt beschouwd als een dynamisch systeem, waarin het bodemvochtprofiel de toestandsvector voorstelt. De eendimensionale Richardsvergelijking beschrijft de dynamiek van dit systeem. Er bestaan zowel analytische als numerieke oplossingen voor deze vergelijking. Door radarmetingen observeren we voor bepaalde tijdstippen een deel van de toestandsvector van dit dynamische systeem. De waarnemingsvergelijking is de mathematische uitdrukking voor de waarnemingen. Deze vergelijking verbindt de toestandsvector (of een deel ervan) met een gemeten hoeveelheid (in dit geval de verstrooiingscoëfficiënt) met behulp van oppervlakte- en volumeverstrooiingsmodellen. Met de Kalman-filter kan men de toestandsvector reconstrueren aan de hand van de systeem- en de observatievergelijking.
Het observatiemodel is gebaseerd op de stralingstransferformule, en werd reeds toegepast. Voor uitdrogende profielen is er nog enige aanpassing nodig, en een gevoeligheidsanalyse van de gewijzigde versie is dus nodig.
Als beide modellen en de Kalman-filter eenmaal toegepast zullen zijn, wordt de techniek gevalideerd in twee stappen:.
. De eerste validatie wordt uitgevoerd met een synthetisch voorbeeld, gemaakt met goed gekende accurate hydrologische en observatiemodellen.
. De tweede validatie wordt uitgevoerd met 3 gegevensreeksen, verkregen onder goed gecontroleerde omstandigheden in EMSL, JRC, Ispra. Italië. Er bestaan accurate tijdreeksen voor het vochtgehalte, gecombineerd met multifrequentie, monostatische radarwaarnemingen voor 4 polarisaties en 3 invalshoeken.
Met de validatie zal men verschillende configuraties van frequentie en polarisatie kunnen testen. De invloed van het interval tussen radarmetingen zal nauwkeurig geëvalueerd worden.
Een verdere ontwikkeling, niet gepland binnen dit project, is de validatie van de techniek voor SAR-gegevens van ERS1, ERS 2 en RADARSAT. Gegevens van deze sensoren werden vergaard in eerdere en huidige projecten (zie formulier L).
