Onderzoeksproject T4/DD/33 (Onderzoeksactie T4)
Dit voorstel beantwoordt aan de doelstellingen van de 'Fundamentele Onderzoeks projecten binnen het programma 'Aardobservatie door satellieten', subprogramma 'Wereldwijde klimaatverandering', thema 'vochtgehalte van de bodem' (A2).
Het huidige voorstel is een voortzetting van het TELSAT4-project T4/DD/009 ?Ontwikkeling van assimilatieschema's voor bodemvochtprofielen met behulp van teledetectiegegevens?. Tijdens de uitvoering van dat project werden multi-frequentie polarimetrische gegevens in detail geanalyseerd. Deze gegevens werden vergaard tijdens het "Non-Vegetated Terrain" experiment, op het "European Microwave Signature Laboratory" (EMSL), JRC, Italië. De analyse diende om de precisie te evalueren van bodemvochtschattingen uit radargegevens onder een brede waaier van oppervlakteomstandigheden (ruwheid en vochtgehalte) en radarconfiguraties (frequentie, polarisatie en invalshoeken). Het vochtgehalte van de bovenste bodemlaag dat afgeleid werd uit radargegevens werd vervolgens gebruikt om een 1-D hydrologisch model te actualiseren om informatie op te leveren over het vochtgehalte van het volledige profiel. De bijwerking werd uitgevoerd met behulp van een assimilatieschema gebaseerd op het Kalman-filterconcept, en met behulp van het integraalvergelijkingsmodel als waarnemingsvergelijkingen. Tijdens de uitvoering van dat project werden satellietbeelden en veldgegevens vergaard over het experimentele waterwinningsgebied van de Zwalmbeek en één van zijn bijriviertjes (de Wijlegemse Beek). In 1997-98 werden 19 veldexpedities georganiseerd. Die resulteerden in 13 ERS-2 en 6 RADARSAT SAR-beelden en overeenkomstige in situ bodemvochtgegevens. Er werd ook een 350 m lange dwarse doorsnede opgesteld loodrecht op de stromingsrichting van de Wijlegemse Beek. Langs deze doorsnede werden wekelijks de bodemvochtprofielen van de wortelzone (tot een diepte van 70 cm) gemeten met behulp van TDR-sondes. Op één plaats langs de doorsnede werd een permanent bodemvochtprofielstation opgesteld, dat om de 10 min informatie verschafte over de variabiliteit van vochtfluctuaties met de tijd.
Dit voorstel zal de bevindingen van T4/DD/009 uitbreiden tot de schaal van het waterwinningsgebied. Er zal een vergelijkbare assimilatieprocedure ontwikkeld worden. Deze assimilatieprocedure zal steunen op een 3-D hydrologisch model, dat de bodemvochtdynamiek in de wortelzone kan simuleren door rekening te houden met externe drijvende krachten, zoals neerslag en evapotranspiratie. Opnieuw zal er een Kalman-filter gebruikt worden om de voorspellingen van het hydrologische model bij te werken op elk moment dat nieuwe informatie over het vochtgehalte in de bovenste laag beschikbaar is van de SAR-beeldanalyse. De observatievergelijkingen worden verschaft door het integraalvergelijkingsmodel toegepast op het volledige stroomgebied.
Het verwachte resultaat is een robuust algoritme om informatie over het vochtgehalte in de wortelzone voor het hele gebied te extraheren uit radarbeelden. De procedure steunt op 3-D hydrologische modellen en een assimilatieschema gebaseerd op het Kalman-filterconcept. Als dit algoritme werkt, zal dit het eerste zijn waarmee de schatting van het vochtgehalte in de wortelzone voor het gehele gebied mogelijk wordt. Hierdoor zal de voorspelling van gewasgroei, overstroming, en evapotranspiratie verfijnd worden. Mogelijke eindgebruikers zijn de landbouwdiensten, hydrologische diensten en meteorologische instituten verantwoordelijk voor weersvoorspelling op lange termijn.
