Estimating Evapotranspiration Using the SEBAL Model and Remote Sensing: Spatiotemporal Dynamics in Quara District, Northwest Ethiopia

الماء هو العملة الخفية للأرض، يتحرك باستمرار بين التربة والنباتات والهواء. هذه الحركة، المعروفة باسم النتح التبخيري، هي مزيج من عمليتين: تبخر الماء مباشرة من الأرض، وبخار الماء الذي تطلقه النباتات أثناء تنفسها. في المناطق الجافة وشبه القاحلة، حيث يندر الماء، يعد فهم مقدار الماء المفقود في الغلاف الجوي بدقة أمراً بالغ الأهمية؛ إذ يحتاج المزارعون لمعرفة كمية المياه التي يجب ريها، ويحتاج مديرو المياه للتخطيط للمستقبل. ولعقود من الزمن، كان قياس هذا الفقد صعباً، وغالباً ما كان يعتمد على محطات الأرصاد الجوية التي لا تروي إلا قصة بقعة واحدة فقط، مما يترك مساحات شاسعة في عتمة مجهولة.

قام فريق من الباحثين من جامعات في إثيوبيا الآن برسم خريطة لفقدان الماء الخفي هذا عبر منطقة "كوارا" في شمال غرب البلاد. وباستخدام نموذج حاسوبي متطور يسمى SEBAL، وهو اختصار لـ "خوارزمية توازن طاقة السطح للأرض"، حولوا صور الأقمار الصناعية إلى صورة مفصلة لاستهلاك المياه. يعمل النموذج من خلال النظر في الطاقة التي تصطدم بسطح الأرض. تماماً كما يشعر الشخص بالحرارة عند الوقوف تحت الشمس، تمتص الأرض الطاقة الشمسية. هذه الطاقة يجب أن تذهب إلى مكان ما؛ فإما أن تسخن الهواء، أو تدفئ التربة، أو تُستخدم لتحويل الماء السائل إلى بخار. ومن خلال حساب مقدار الطاقة المتبقية بعد تسخين الهواء والتربة، استطاع الباحثون تحديد كمية الماء بالضبط التي كانت تتحول إلى بخار وتتصاعد نحو السماء.

ركزت الدراسة على موسم الجفاف لعام 2020، حيث حللت صور الأقمار الصناعية الملتقطة في أربعة تواريخ محددة بين يناير وأبريل. واستخدم الباحثون صوراً من القمر الصناعي "Landsat-8"، الذي يلتقط الأرض بتفاصيل عالية، مما يسمح برؤية الحقول والغابات والأراضي الجرداء بشكل فردي. ودمجوا هذه الصور مع بيانات من محطات الأرصاد الجوية وخرائط لارتفاعات الأرض لبناء صورة كاملة لدورة المياه في المنطقة. وكانت النتيجة عبارة عن سلسلة من الخرائط تظهر بالضبط أين يتم استهلاك الماء وكيف يتغير هذا الاستهلاك بمرور الوقت.

كشفت النتائج عن مشهد من التباينات الصارخة. ففي المناطق المغطاة بنباتات كثيفة أو محاصيل مروية، كانت الأرض تطلق كميات كبيرة من بخار الماء بنشاط. وفي هذه المناطق الخضراء، وصل فقدان الماء اليومي إلى 9.63 ملم في اليوم كحد أقصى. وفي المقابل، أظهرت التربة الجرداء والمناطق الصخرية، حيث لا تنمو أي نباتات والأرض جافة، فقداً ضئيلاً جداً للماء، حيث انخفضت المعدلات إلى 0- أسفل 0.68 ملم في اليوم. وأظهرت الخرائط أن موقع فقدان الماء لم يكن عشوائياً؛ بل كان يتبع تضاريس الأرض. فالوديان والمناطق القريبة من الأنهار، حيث تظل التربة رطبة والغطاء النباتي كثيفاً، أظهرت باستمرار فقداً عالياً للمياه. أما الأراضي المرتفة والجافة ذات الأعشاب المتناثرة أو الصخور المكشوفة، فقد أظهرت فقداً ضئيلاً جداً.

ومع تقدم موسم الجفاف من يناير إلى مارس، زادت كمية الماء المفقودة في الغلاف الجوي بشكل عام. وقد تتبع هذا الارتفاع زيادة الحرارة وجفاف التربة في المناطق التي تعتمد على الأمطار. وبحلول شهر مارس، بلغ فقدان الماء ذروته، مدفوعاً بالشمس الشديدة ونقص الرطوبة في الحقول المعتمدة على الأمطار. ومع ذلك، بحلول أبريل، تغير النمط قليلاً. فبينما ظل الهواء حاراً، انخفض فقدان الماء اليومي قليلاً. ويرجح الباحثون أن هذا يعود على الأرجح إلى أولى علامات موسم الأمطار القادم، والتي ربما أعادت بعض الرطوبة إلى التربة، أو ربما قلل المزارعون من ري محاصيلهم استعداداً للأمطار.

كما سلطت الدراسة الضوء على قوة استخدام الأقمار الصناعية لحل المشكلات المحلية. ففي منطقة تندر فيها محطات الأرصاد الجوية، وفرت الطريقة القائمة على الأقمار الصناعية وسيلة لرؤية الصورة الكاملة دفعة واحدة. ووجد الباحثون أن النموذج يعمل بشكل جيد، حيث أنتج نتائج تتوافق مع القياسات الأرضية القليلة التي كانت متاحة لديهم. يقدم هذا النهج أداة عملية لإدارة المياه في إثيوبيا والمناطق الجافة الأخرى. فمن خلال معرفة أي الحقول تشرب أكثر كمية من الماء وأي المناطق تجف، يمكن للمسؤولين اتخاذ قرارات أفضل بشأن أين يرسلون المياه، وكيف يحمون المحاصيل، وكيف يستعدون للجفاف. إن هذا العمل يثبت أن النظر من الفضاء يمكن أن يوفر رؤية واضحة ومفصلة للمياه التي تدعم الحياة على الأرض.