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sur le développement des zones arides et semi-arides

Titre : Multi-source and multi-scale satellite observations for hydrological modelling and irrigation water management

Auteur : PACIOLLA, NICOLA

Université de soutenance : Politecnico di Milano

Grade : Tesi di Dottorato 2022

Résumé
Il telerilevamento ha conosciuto un notevole impiego in ambito agricolo negli anni più recenti, nonostante la relazione con il corrispondente date a terra ed il risultato della modellistica idrologica è ancora oggetto di discussione. Fra le variabili principali, l’Evapotraspirazione (ET) gioca un ruolo fondamentale e la complessità della sua misura ha determinato la formulazione di diversi approcci modellistici. Questo lavoro di tesi si è concentrato sul miglioramento della modellistica idrologica in ambito agricolo, coprendo una grande varietà di temi interconnessi, tutti legati all’eterogeneità spaziale ed alla molteplicità delle fonti del dato. Alcuni prodotti di umidità superficiale (SSM) da satellite sono stati analizzati allo scopo di determinare la loro affidabilità in ambito agricolo. È stato sviluppato un algoritmo di consistenza idrologica, che ha fornito risultati poco incoraggianti : in media, la consistenza è dimostrata appena il 60% del tempo. Le ragioni per questi valori così bassi sono state discusse, identificando tendenze migliori durante la stazione irrigua e per prodotti con tecnologie di rilevamento più recenti. Estendendo l’analisi ad altri dati da satellite, si è presa a riferimento una rete di sensori ad alta densità in un’area agricola molto eterogenea, allo scopo di determinare la affidabilità delle osservazioni satellitari ; temperatura superficiale ed indice di area fogliare hanno mostrato buone corrispondenze. I dati SSM, d’altra parte, hanno invece mostrato una scarsa compatibilità con l’utilizzo nella pianificazione irrigua. Di conseguenza, si è proposto che la soluzione ottimale per migliorare la gestione irrigua ed il monitoraggio agricolo sia l’unione di dato al suolo e da satellite. La modellistica idrologica è una via robusta per migliorare, caratterizzare e sfruttare il pieno potenziale dei dati in ingresso (tanto da satellite quanto al suolo) e di conseguenza la seconda parte della tesi si è concentrata sul FEST-EWB, un modello distribuito di bilancio idro-energetico. Come prima cosa, si è investigata la dipendenza del modello dalla scala di rappresentazione, con un’analisi di scala su di un vigneto. L’accuratezza del modello in presenza di dati a minor qualità si è rivelata positiva, con un errore di stima di ET minore di 1/3, paragonato al circa 10% dei risultati aggregati post-simulazione, usati come riferimento. Un’altra fonte di incertezza nel modello è l’eterogeneità energetica in sistemi misti suolo-vegetazione. Una versione a doppia sorgente di FEST-EWB (chiamata FEST-2-EWB) è stata sviluppata allo scopo, separando i bilanci energetici delle due componenti di ciascun pixel. Il nuovo modello è stato provato su di un esperimento di laboratorio dedicato, dov’è stato possibile estrarre la componente di Traspirazione dalla ET totale. Mentre le prestazioni globali sono risultate simili fra i due modelli, la Traspirazione è stata modellata in maniera molto accurata da FEST-2-EWB, mentre FEST-EWB ha mostrato una sovrastima consistente. Un paragone simile è stato anche effettuato in due casi studio di campo, con risultati comparabili. Infine, è stato esplorato il ruolo della Temperatura Aerodinamica (To) nella formulazione del Calore Sensibile. Un notevole database di misure Eddy-Covariance in due casi studio (uno ricco d’acqua e l’altro quasi arido) sono stati impiegati per derivare e paragonare le To ed LST. Nonostante differenze anche di 15-20°C, l’integrazione della Temperatura Aerodinamica nella struttura del modello ha restituito guadagni minimi in termini di efficacia della stima di Calore Latente e Sensibile.

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