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

水は土地の目に見えない通貨であり、土壌、植物、そして空気の間を絶えず移動しています。蒸発散として知られるこの動きは、地面から直接水が蒸発するプロセスと、植物が呼吸する際に放出される水蒸気のプロセスの組み合わせです。水が乏しい乾燥・半乾燥地域では、どれだけの水が大気中に失われているのかを正確に理解することが極めて重要です。農家はどれだけ灌漑すべきかを知る必要があり、水管理者は将来に備えて計画を立てる必要があります。数十年にわたり、この損失を測定することは困難であり、特定の地点の物語しか語らない気象観測所に頼ることが多く、広大な風景を暗闇の中に残してきました。

エチオピアの大学の研究チームは、同国の北西部に位置するクアラ地区における、この隠れた水の損失を新たにマッピングしました。SEBAL（Surface Energy Balance Algorithm for Land：地表面エネルギーバランスアルゴリズム）と呼ばれる高度なコンピュータモデルを使用することで、彼らは衛星画像を水消費の詳細な図へと変えました。このモデルは、地球の表面に降り注ぐエネルギーを見ることで機能します。人が太陽の下に立つと暑く感じるのと同じように、土地は太陽エネルギーを吸収します。このエネルギーはどこかへ行かなければなりません。それは空気を温めるか、土壌を温めるか、あるいは液体の水を蒸気に変えるために使われます。空気を温め、土壌を温めた後に残ったエネルギーがどれくらいであるかを計算することで、研究者たちは、どれだけの水が蒸気となって空へと昇っていったのかを正確に特定することができました。

研究は2020年の乾季に焦点を当て、1月から4月の間の特定の4日間に撮影された衛星画像を分析しました。研究者たちはLandsat-8衛星の画像を使用しました。この衛星は地球を高精細に捉えるため、個々の畑、森林、そして裸地を見分けることができます。彼らはこれらの画像と、気象観測所のデータおよび地形図を組み合わせることで、地区の水循環の完全な全体像を構築しました。その結果、水がどこで使用され、その使用状況が時間の経過とともにどのように変化したかを示す一連の地図が作成されました。

調査結果は、鮮明な対照を成す景観を明らかにしました。密な植生や灌漑された作物に覆われた地域では、土地が大量の水蒸気を活発に放出していました。これらの緑のゾーンでは、一日の水損失は最大9.63ミリメートルに達しました。これとは対照的に、植物が育っておらず地面が乾燥している裸地や岩石地帯では、水損失は非常に少なく、1日あたりわずか0.68ミリメートルまで低下しました。地図は、水損失の場所がランダムではなく、地形に従っていることを示していました。谷間や川の近くのエリアは、土壌が湿っており植生が厚いため、一貫して高い水損失を示しました。草がまばらであったり露出した岩があったりする、より高く乾燥した高地では、水損失は極めてわずかでした。

1月から3月にかけて乾季が進むにつれ、大気中に失われる水の量は一般的に増加しました。この上昇は、熱の増加と、雨に依存している地域の土壌の乾燥に伴って記録されました。3月までに、強烈な太陽光と雨頼みの畑における水分不足によって、水損失はピークに達しました。しかし、4月になるとパターンがわずかに変化しました。空気は依然として暑かったものの、一日の水損失は少し減少しました。研究者たちは、これはおそらく、来るべき雨季の最初の兆しによって土壌にわずかな水分が戻ったか、あるいは農家が雨の準備のために灌漑を減らしたためではないかと示唆しています。

この研究はまた、衛星を使用して局所的な問題を解決する力の大きさも浮き彫りにしました。気象観測所が非常に少ない地域において、衛星ベースの手法は一度に全体像を見る方法を提供しました。研究者たちは、このモデルがうまく機能し、手元にあるわずかな地上測定値と一致する結果を出したことを確認しました。このアプローチは、エチオピアやその他の乾燥地域における水管理のための実用的なツールを提供します。どの畑が最も多くの水を飲んでいるのか、どのエリアが乾燥しているのかを正確に知ることで、当局はどこに水を送り、どのように作物を保護し、どのように干ばつに備えるべきかについて、より良い決定を下すことができます。この成果は、宇宙から見下ろすことが、地上で生命を維持している水に対する明確で詳細な視点を提供できることを証明しています。