Application of SEBAL and Ts/VI Trapezoid Models for Estimating Actual Evapotranspiration in the Algerian Semi-Arid Environment to Improve Agricultural Water Management

• Published in: Revista Brasileira de Meteorologia Vol. 36; no. 2; pp. 219 - 236
• Main Authors: Sahnoun, Fellah, Abderrahmane, Hamimed, Kaddour, Miloudi, Abdelkader, Khaldi, Mohamed, Benslimane, Castro, Teixeira Antônio Heriberto de
• Format: Journal Article
• Language: English; Portuguese
• Published: Rio de Janeiro Sociedade Brasileira de Meteorologia 01.06.2021
• Subjects: Algeria; Algorithms; Arid environments; Arid zones; Aridity; Crop yield; Energy balance; Energy balance models; Enthalpy; Environmental management; Estimation; Evapotranspiration; Evapotranspiration estimates; Evapotranspiration models; Heat flux; Heat transfer; Image acquisition; Intercomparison; Irrigation scheduling; Irrigation water; Iterative methods; Land use; Landsat; Landsat satellites; Pixels; Remote sensing; Satellite imagery; SEBAL; Semi arid environments; Semiarid environments; Sensible heat; Sensible heat flux; Sensible heat transfer; Surface energy; Surface energy balance; Surface properties; Surface temperature; Ts/VI trapezoid; Vegetation; Vegetation index; Water balance; Water management
• ISSN: 0102-7786; 1982-4351
• DOI: 10.1590/0102-77863610020

Abstract Accurate spatio-temporal estimation of evapotranspiration (ET) and surface energy fluxes is crucial for many agro-environmental applications, including the determination of water balance, irrigation scheduling, agro-ecological zoning, simulation of global changes in land use and forecasting crop yields. Remote sensing based energy balance models are presently most suitable for estimating ET at both temporal and spatial scales. This study presents an intercomparison of ET maps over the Habra plain in western Algeria obtained with two different models: Ts/VI trapezoid (Surface temperature/Vegetation Index Trapezoid Model) and SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land). Ts/VI trapezoid is the most used model, due to its simplicity, ease of use, few data input requirements and relatively high accuracy. It allows estimating ET directly by using the Priestley-Taylor equation. Whereas SEBAL allows estimating ET as the residual term of the energy balance equation, by using a rather complex hot and cold pixel based contextual approach to internally calibrate sensible heat flux through an iterative approach. The data set consists of four Landsat-8 OLI/TIRS images acquired on 2018-2019 and some ground measurements. In conclusion, the results show that SEBAL and Ts/VI trapezoid models provide comparable outputs and suggest that both the two models are suitable approaches for ET mapping over agricultural areas where ground measurements are scarce or difficult to collect. Resumo Estimativas precisas da evapotranspiração (ET) e dos fluxos de energia na superfície são cruciais para muitas aplicações agro ambientais, incluindo a determinação do balanço hídrico, manejo da irrigação, zoneamentos agro ecológicos, simulações de mudanças globais no uso da terra e previsão da produção de culturas agrícolas. Modelos de balanço de energia por sensoriamento remoto são atualmente os mais indicados para estimativa da ET em ambas as escalas, temporal e espacial. Este estudo apresenta inter comparações de mapas da ET para a planície Mascara (oeste da Argélia) obtidos com dois diferentes modelos: trapezoidal Ts/VI (Surface temperature/Vegetation Index Trapezoid Model) e o SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land). O método Ts/VI trapezoid é o mais usado, devido à sua simplicidade, fácil uso, requerimento de poucos dados de entrada e precisão relativamente alta. Ele permite a estimativa da ET diretamente através do uso da equação de Priestley-Taylor. Enquanto que SEBAL permite a estimativa da ET como um termo residual na equação do balanço de energia, usando um processo muito complexo de determinação de pixels quente e frio para calibração interna do fluxo de calor sensível por um método iterativo.A série de dados consistiu de quatro imagens Landsat-8 OLI/TIRS adquiridasem 28 de setembro de 2018, 2 de janeiro de 2019, 8 de abril de 2019 e 10 de maio de 2019 e algumas medições agrometeorológicas em campo. Os modelos SEBAL e Ts/VI trapezoid apresentaram resultados similares, concluindo-se que ambos são viáveis para estimativa da ET em áreas agrícolas nas condições de medições de campo escassas ou de difícil obtenção.