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

L'acqua è la valuta invisibile della terra, in costante movimento tra il suolo, le piante e l'aria. Questo movimento, noto come evapotraspirazione, è una combinazione di due processi: l'acqua che evapora direttamente dal terreno e il vapore acqueo rilasciato dalle piante mentre respirano. Nelle regioni aride e semi-aride, dove l'acqua è scarsa, comprendere esattamente quanta acqua venga persa nell'atmosfera è fondamentale. Gli agricoltori devono sapere quanto irrigare e i gestori delle risorse idriche devono pianificare per il futuro. Per decenni, misurare questa perdita è stato difficile, affidandosi spesso a stazioni meteorologiche che raccontano la storia di un unico punto, lasciando vasti paesaggi nell'oscurità.

Un team di ricercatori di università etiopi ha ora mappato questa perdita d'acqua nascosta attraverso il distretto di Quara, nel nord-ovest del paese. Utilizzando un sofisticato modello informatico chiamato SEBAL, che sta per Surface Energy Balance Algorithm for Land (Algoritmo per il Bilancio dell'Energia Superficiale per la Terra), hanno trasformato le immagini satellitari in un quadro dettagliato del consumo d'acqua. Il modello funziona osservando l'energia che colpisce la superficie terrestre. Proprio come una persona sente caldo stando al sole, la terra assorbe l'energia solare. Questa energia deve andare da qualche parte; o riscalda l'aria, o scalda il suolo, o viene utilizzata per trasformare l'acqua liquida in vapore. Calcolando quanta energia rimane dopo aver riscaldato l'aria e il suolo, i ricercatori sono riusciti a determinare esattamente quanta acqua si stava trasformando in vapore e salendo verso il cielo.

Lo studio si è concentrato sulla stagione secca del 2020, analizzando immagini satellitari acquisite in quattro date specifiche tra gennaio e aprile. I ricercatori hanno utilizzato immagini del satellite Landsat-8, che cattura la Terra con un alto livello di dettaglio, permettendo di distinguere singoli campi, foreste e terreno nudo. Hanno combinato queste immagini con i dati delle stazioni meteorologiche e le mappe dell'elevazione del terreno per costruire un quadro completo del ciclo dell'acqua del distretto. Il risultato è stato una serie di mappe che mostrano esattamente dove l'acqua veniva utilizzata e come questo utilizzo cambiasse nel tempo.

I risultati hanno rivelato un paesaggio di forti contrasti. Nelle aree coperte da vegetazione densa o colture irrigate, la terra rilasciava attivamente grandi quantità di vapore acqueo. In queste zone verdi, la perdita d'acqua giornaliera raggiungeva i 9,63 millimetri al giorno. In netto contrasto, il suolo nudo e le aree rocciose, dove non crescevano piante e il terreno era secco, perdevano pochissima acqua, con tassi che scendevvano fino a soli 0,68 millimetri al giorno. Le mappe hanno mostrato che la localizzazione della perdita d'acqua non era casuale; seguiva la conformazione del terreno. Le valli e le aree vicino ai fiumi, dove il suolo rimaneva umido e la vegetazione era fitta, mostravano costantemente un'alta perdita d'acqua. I terreni più alti e secchi, con erba rada o roccia esposta, mostravano pochissima perdita.

Man mano che la stagione secca procedeva da gennaio a marzo, la quantità di acqua persa nell'atmosfera aumentava generalmente. Questo aumento seguiva l'incremento del calore e l'inaridimento del suolo nelle aree che dipendevano dalle piogge. Entro marzo, la perdita d'acqua ha raggiunto il picco, spinta dal sole intenso e dalla mancanza di umidità nei campi coltivati con pioggia. Tuttavia, ad aprile, il modello è cambiato leggermente. Sebbene l'aria rimanesse calda, la perdita d'acqua giornaliera è diminuita un po'. I ricercatori suggeriscono che ciò sia dovuto probabilmente ai primissimi segni della stagione delle piogge in arrivo, che potrebbe aver aggiunto un po' di umidità nel suolo, o forse al fatto che gli agricoltori hanno ridotto l'irrigazione in preparazione delle piogge.

Lo studio ha inoltre evidenziato il potere dell'uso dei satelliti per risolvere problemi locali. In una regione in cui le stazioni meteorologiche sono scarse e distanti tra loro, il metodo basato sui satelliti ha fornito un modo per vedere l'intero quadro contemporaneamente. I ricercatori hanno scoperto che il modello funzionava bene, producendo risultati che corrispondevano alle poche misurazioni effettuate a terra. Questo approccio offre uno strumento pratico per la gestione dell'acqua in Etiopia e in altre regioni aride. Sapendo esattamente quali campi "bevono" più acqua e quali aree si stanno esaurendo, le autorità possono prendere decisioni migliori su dove inviare l'acqua, come proteggere le colture e come prepararsi ai periodi di siccità. Il lavoro dimostra che guardare verso il basso dallo spazio può fornire una visione chiara e dettagliata dell'acqua che sostiene la vita sulla terra.