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

水是土地中无形的货币，在土壤、植物和空气之间不断流动。这种被称为蒸腾作用（evapotranspiration）的运动，是两种过程的结合：水分直接从地面蒸发，以及植物在呼吸时释放的水汽。在干旱和半干旱地区，由于水资源匮乏，准确了解有多少水分流失到大气中至关重要。农民需要知道该灌溉多少水，而水资源管理者则需要为未来进行规划。几十年来，测量这种流失一直是一个难题，通常依赖于只能讲述单一地点情况的气象站，这使得广袤的景观处于未知之中。

来自埃塞俄比亚大学的一个研究小组现在已经绘制了该国西北部夸拉（Quara）地区这种隐藏的水分流失图。他们使用了一种名为SEBAL（地表能量平衡算法）的高级计算机模型，将卫星图像转化为了详细的水分消耗图景。该模型的工作原理是观察照射到地球表面的能量。就像一个人站在阳光下会感到热一样，土地也会吸收太阳能。这些能量必须去往某个地方；它要么加热空气，要么温暖土壤，要么用于将液态水转化为水蒸气。通过计算在加热空气和土壤之后剩余了多少能量，研究人员能够确定究竟有多少水正在转化为水汽并升入天空。

这项研究重点关注了2020年的旱季，分析了1月至4月期间四个特定日期的卫星图像。研究人员使用了Landsat-8卫星的图像，该卫星能够捕捉高细节度的地球影像，从而可以辨别出单个农田、森林和裸地。他们将这些图像与气象站数据和地形图相结合，构建出了该地区水循环的完整图景。研究结果是一系列显示水分在哪里被使用以及这种使用如何随时间变化的地图。

研究结果揭示了一个对比鲜明的景观。在植被茂密或有灌溉农作物的区域，土地正在积极地释放大量水汽。在这些绿色地带，每日的水分流失量高达9.63毫米。形成鲜明对比的是，在没有植物生长且地面干燥的裸露土壤和岩石区域，水分流失非常少，速率降至低至0.68毫米。地图显示，水分流失的位置并非随机，而是追随土地本身。河谷和靠近河流的区域由于土壤保持湿润且植被茂密，始终表现出较高的水分流失。而植被稀疏或岩石裸露的高海拔干旱地区，水分流失则非常少。

随着旱季从1月持续到3月，流失到大气中的水量总体呈上升趋势。这种上升与热量的增加以及依赖降雨的地区土壤变干的过程相吻合。到3月，受强烈的阳光和雨养农田水分缺乏的影响，水分流失达到了顶峰。然而，到了4月，模式发生了轻微变化。尽管空气依然炎热，但每日的水分流失量有所下降。研究人员认为，这可能是由于即将到来的雨季初现端倪，可能为土壤增加了一点水分，或者是农民为了迎接雨季减少了灌溉。

该研究还强调了利用卫星解决局部问题的力量。在一个气象站稀少且分布零散的地区，基于卫星的方法提供了一种一次性观察全局的方式。研究人员发现，该模型运行良好，产生的结果与他们仅有的少量地面测量数据相吻合。这种方法为埃塞俄比亚和其他干旱地区的水资源管理提供了一个实用的工具。通过准确了解哪些农田正在大量“饮水”以及哪些区域正在干涸，官员们可以做出更好的决策，决定在哪里输送水资源、如何保护作物以及如何应对干旱。这项工作证明，从太空俯瞰可以为维持地面生命的流水提供清晰、详尽的视角。