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

Wasser ist die unsichtbare Währung des Landes, die sich ständig zwischen dem Boden, den Pflanzen und der Luft bewegt. Diese Bewegung, bekannt als Evapotranspiration, ist eine Kombination aus zwei Prozessen: Wasser, das direkt aus dem Boden verdunstet, und Wasserdampf, der von Pflanzen abgegeben wird, während sie atmen. In trockenen und semiariden Regionen, in denen Wasser knapp ist, ist das Verständnis darüber, wie viel Wasser genau an die Atmosphäre verloren geht, entscheidend. Landwirte müssen wissen, wie viel sie bewässern müssen, und Wasserverwalter müssen für die Zukunft planen. Jahrzehntelang war es schwierig, diesen Verlust zu messen, da man oft auf Wetterstationen angewiesen war, die nur eine Geschichte für einen einzelnen Ort erzählten und damit weite Landschaften im Dunkeln ließen.

Ein Team von Forschern verschiedener Universitäten aus Äthiopien hat nun diesen verborgenen Wasserverlust im Quara-Distrikt im Nordwesten des Landes kartiert. Mithdem sie ein hochentwickeltes Computermodell namens SEBAL verwendeten, das für den Surface Energy Balance Algorithm for Land steht, verwandelten sie Satellitenbilder in ein detailliertes Bild des Wasserverbrauchs. Das Modell funktioniert, indem es die Energie betrachtet, die auf die Erdoberfläche trifft. Genau wie eine Person Hitze spürt, wenn sie in der Sonne steht, absorbiert das Land die Sonnenenergie. Diese Energie muss irgendwohin; sie erhitzt entweder die Luft, erwärmt den Boden oder wird dazu verwendet, flüssiges Wasser in Dampf zu verwandeln. Durch die Berechnung der Energie, die übrig bleibt, nachdem die Luft und der Boden erwärmt wurden, konnten die Forscher genau bestimmen, wie viel Wasser in Dampf umgewandelt wurde und in den Himmel aufstieg.

Die Studie konzentrierte sich auf die Trockenzeit des Jahres 2020 und analysierte Satellitenbilder, die an vier spezifischen Daten zwischen Januar und April aufgenommen wurden. Die Forscher nutzten Bilder des Landsat-8-Satelliten, der die Erde in hoher Detailgenauigkeit erfasst und es ermöglicht, einzelne Felder, Wälder und kahlen Boden zu erkennen. Sie kombinierten diese Bilder mit Daten von Wetterstationen und Karten der Geländehöhe, um ein vollständiges Bild des Wasserkreislaufs des Distrikts zu erstellen. Das Ergebnis war eine Serie von Karten, die zeigten, wo genau Wasser verbraucht wurde und wie sich dieser Verbrauch im Laufe der Zeit veränderte.

Die Ergebnisse offenbarten eine Landschaft voller starker Kontraste. In Gebieten, die von dichter Vegetation oder bewässerten Nutzpflanzen bedeckt waren, gab das Land aktiv große Mengen an Wasserdampf ab. In diesen grünen Zonen erreichte der tägliche Wasserverlust bis zu 9,63 Millimeter pro Tag. Im krassen Gegensatz dazu verloren nackter Boden und felsige Gebiete, in denen keine Pflanzen wuchsen und der Boden trocken war, sehr wenig Wasser, wobei die Raten auf nur 0,6 de 0,68 Millimeter pro Tag sanken. Die Karten zeigten, dass der Ort des Wasserverlusts nicht zufällig war; er folgte dem Land selbst. Täler und Gebiete in der Nähe von Flüssen, in denen der Boden feucht blieb und die Vegetation dicht war, wiesen konsistent einen hohen Wasserverlust auf. Höher gelegenes, trockeneres Gelände mit spärlichem Gras oder freiliegendem Fels zeigte sehr wenig Verlust.

Während die Trockenzeit von Januar bis März voranschritt, nahm die Menge des an die Atmosphäre verlorenen Wassers generell zu. Dieser Anstieg korrelierte mit der zunehmenden Hitze und dem Austrocknen des Bodens in Gebieten, die vom Regen abhängig waren. Bis März erreichte der Wasserverlust seinen Höhepunkt, angetrieben durch die intensive Sonne und den Mangel an Feuchtigkeit in den regenabhängigen Feldern. Doch bis April änderte sich das Muster leicht. Obwohl die Luft heiß blieb, sank der tägliche Wasserverlust ein wenig. Die Forscher vermuten, dass dies wahrscheinlich auf die ersten Anzeichen der kommenden Regensaison zurückzuführen ist, die möglicherweise etwas Feuchtigkeit in den Boden zurückgebracht hat, oder darauf, dass die Landwirte die Bewässerung zur Vorbereitung auf den Regen reduziert haben.

Die Studie hob auch die Leistungsfähigkeit hervor, Satelliten zur Lösung lokaler Probleme einzusetzen. In einer Region, in der Wetterstationen spärlich gesät sind, bot die satellitengestützte Methode eine Möglichkeit, das gesamte Bild auf einmal zu erfassen. Die Forscher fanden heraus, dass das Modell gut funktionierte und Ergebnisse lieferte, die mit den wenigen vorhandenen Bodenmessungen übereinstimmten. Dieser Ansatz bietet ein praktisches Werkzeug für die Wasserwirtschaft in Äthiopien und anderen trockenen Regionen. Indem man genau weiß, welche Felder am meisten Wasser trinken und welche Gebiete austrocknen, können Beamte bessere Entscheidungen darüber treffen, wohin sie Wasser leiten, wie sie die Ernte schützen und wie sie sich auf Dürren vorbereiten können. Die Arbeit beweist, dass der Blick aus dem Weltraum eine klare, detaillierte Sicht auf das Wasser bieten kann, das das Leben auf der Erde erhält.