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

Water is de onzichtbare valuta van het land, die voortdurend beweegt tussen de bodem, de planten en de lucht. Deze beweging, bekend als evapotranspiratie, is een combinatie van twee processen: water dat rechtstreeks uit de grond verdampt en waterdamp die door planten wordt uitgestoten terwijl ze ademen. In droge en semi-aride regio's, waar water schaars is, is het begrijpen van precies hoeveel water er aan de atmosfeer wordt verloren cruciaal. Boeren moeten weten hoeveel ze moeten irrigeren, en waterbeheerders moeten voor de toekomst plannen. Decennialang was het meten van dit verlies moeilijk, omdat men vaak vertrouwde op weerstations die slechts een verhaal vertellen voor één specifieke plek, waardoor uitgestrekte landschappen in het duister bleven.

Een team onderzoekers van universiteiten in Ethiopië heeft nu deze verborgen waterverlies in kaart gebracht in het Quara-district in het noordwesten van het land. Met behulp van een geavanceerd computermodel genaamd SEBAL, wat staat voor Surface Energy Balance Algorithm for Land, hebben zij satellietbeelden omgezet in een gedetailleerd beeld van waterverbruik. Het model werkt door te kijken naar de energie die de aardoppervlakte raakt. Net zoals een persoon het warm voelt wanneer hij in de zon staat, absorbeert het land zonne-energie. Deze energie moet ergens heen; het verwarmt ofwel de lucht, of het verwarmt de bodem, of het wordt gebruikt om vloeibaar water in damp te veranderen. Door te berekenen hoeveel energie er overblijft nadat de lucht en de bodem zijn opgewarmd, konden de onderzoekers precies bepalen hoeveel water er in damp werd omgezet en naar de hemel steeg.

De studie richtte zich op het droge seizoen van 2020 en analyseerde satellietbeelden die op vier specifieke data tussen januari en april zijn gemaakt. De onderzoekers gebruikten beelden van de Landsat-8 satelliet, die de aarde in hoge detail vastlegt, waardoor individuele velden, bossen en kale grond zichtbaar worden. Ze combineerden deze beelden met gegevens van weerstations en kaarten van de hoogte van het land om een compleet beeld van de watercyclus van het district op te bouwen. Het resultaat was een reeks kaarten die lieten zien waar water werd gebruikt en hoe dat gebruik in de loop van de tijd veranderde.

De bevindingen onthulden een landschap van scherpe contrasten. In gebieden bedekt met dichte vegetatie of geïrrigeerde gewassen, gaf het land actief grote hoeveelheden waterdamp af. In deze groene zones bereikte het dagelijkse waterverlies wel 9,63 millimeter per dag. In scherp contrast hiermee verloren kale grond en rotsachtige gebieden, waar geen planten groeiden en de grond droog was, zeer weinig water, met snelheden die daalden tot zo laag als 0,68 millimeter per dag. De kaarten toonden aan dat de locatie van het waterverlies niet willekeurig was; het volgde het land zelf. Valleien en gebieden nabij rivieren, waar de bodem vochtig bleef en de vegetatie dik was, vertoonden consequent een hoog waterverlies. Hoger gelegen, drogere grond met schaars gras of blootliggende rots vertoonde zeer weinig verlies.

Naarmate het droge seizoen vorderde van januari naar maart, nam de hoeveelheid water die aan de atmosfeer werd verloren over het algemeen toe. Deze stijging volgde de toenemende hitte en het uitdrogen van de bodem in gebieden die afhankelijk waren van regen. Tegen maart bereikte het waterverlies een piek, gedreven door de intense zon en het gebrek aan vocht in de regenafhankelijke velden. Echter, tegen april veranderde het patroon lichtelijk. Hoewel de lucht heet bleef, nam het dagelijkse waterverlies iets af. De onderzoekers suggereren dat dit waarschijnlijk kwam door de allereerste tekenen van het naderende regenseizoen, wat mogelijk weer wat vocht aan de bodem toevoegde, of misschien omdat boeren minder irrigeerden ter voorbereiding op de regen.

De studie benadrukte ook de kracht van het gebruik van satellieten om lokale problemen op te lossen. In een regio waar weerstations schaars en verspreid zijn, bood de satellietgebaseerde methode een manier om in één keer het hele plaatje te zien. De onderzoekers ontdekten dat het model goed werkte en resultaten produceerde die overeenkwamen met de weinige grondmetingen die zij hadden. Deze aanpak biedt een praktisch hulpmiddel voor waterbeheer in Ethiopië en andere droge regio's. Door precies te weten welke velden het meeste water drinken en welke gebieden uitdrogen, kunnen functionarissen betere beslissingen nemen over waar ze water naartoe moeten sturen, hoe ze gewassen kunnen beschermen en hoe ze zich op droogte kunnen voorbereiden. Het werk bewijst dat naar beneden kijken vanuit de ruimte een helder, gedetailleerd beeld kan geven van het water dat het leven op de grond in stand houdt.