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Current Status and Perspectives for the Estimation of Crop Water Requirements from Earth Observation
Full text linkThis paper presents an overview of current techniques and recent developments in the application of Earth Observation
data for assessing crop water requirements. During recent years there has been much progress in understanding
land surface-atmosphere processes and their parameterisation in the management of land and water resources.
This knowledge can be combined with the potentiality of Earth Observation techniques from space, which
are able to provide detailed information for monitoring agricultural systems.
As today, two main developments in the field of Earth Observation data acquisition and analysis have occurred:
a) availability of new generations of sensors, with enhanced spectral and spatial resolution;
b) detailed knowledge of the processes that determine the response of land surface as detected from remote sensors
in different regions of the electromagnetic spectrum.
These advancements have made possible a “quantitative” approach in the interpretation of Earth Observation data,
ready for being transferred to operative applications i.e. for irrigation scheduling and water management. This
paper presents a review of current applications of optical data in the visible and near infrared spectral regions, with
particular emphasis to the experiences developed by the author within AQUATER and other research projects
project
Simulation and management of on-demand irrigation systems. A combined agrohydrological and remote sensing approach.
No full textDissertatio
Osservazione della Terra e modellistica idrologica per lo studio degli stress idrici colturali in ambienti mediterranei
No full textLo sviluppo di modelli di simulazione del moto dell'acqua nel sistema suolo-pianta-atmosfera (ad esempio, il codice SWAP, sviluppato presso la Wageningen Agricultural University; Feddes et al., 1988) ha notevolmente contribuito ad una migliore comprensione dei processi che regolano gli scambi idrici nelle colture, con particolare riferimento agli attingimenti radicali ed all'insorgenza dei fenomeni di stress idrico. Questi modelli, utilizzati inizialmente come strumento di ricerca, possono essere impiegati per confrontare modalità diverse di gestione dell'acqua di irrigazione al fine di ottimizzarne l'impiego (D'Urso e Santini, 2002). Lo studio dell'insieme suolo-pianta-atmosfera viene attualmente sviluppato con riferimento ad un unico sistema continuo in cui, per effetto dei gradienti del potenziale, l'acqua muove nel suolo, in parte si dirige verso le radici, attraversa i tessuti ed il sistema vascolare delle piante, giunge alle foglie dove evapora e diffonde attraverso gli stomi nell'atmosfera (Santini, 1992). Il complesso meccanismo dell'attingimento idrico radicale viene analizzato ricorrendo ad approcci di tipo "macroscopico", in cui la portata idrica estratta per unità di volume di suolo è legata non solo dalle caratteristiche delle piante ma anche dai valori locali del potenziale e del contenuto d'acqua nel suolo e della domanda traspirativa esterna (Feddes et al., 1978; Belmans et al., 1983). Numerosi studi recenti hanno dimostrato l'utilità delle tecniche di telerilevamento in diverse regioni delle spettro elettromagnetico per la la definizione di variabili necessarie per l'applicazione dei modelli SWAP. In particolare, dall'analisi di dati di Osservazione della Terra (O.T.) si possono ricavare informazioni relative allo sviluppo delle colture ed al loro stato fenologico, deducendo, ad esempio, il valore del coefficiente colturale Kc o dell'indice di area fogliare LAI (Bausch e Neale, 1987; D'Urso e al., 1996). Tecniche basate sulla correlazione empirica fra questi parametri ed il valore di indici spettrali o rapporti di bande sono state utilizzate per la definizione delle condizioni al contorno nell'applicazione di modelli idrologici distribuiti a scala di comprensorio irriguo (D'Urso et al., 1999). In questi casi, sono però state necessarie ipotesi semplificative sulle caratteristiche di riflettanza della copertura vegetale che limitano l'accuratezza ottenuta in assenza di relazioni empiriche propriamente calibrate. Più recentemente la disponibilità di dati iperspettrali e/o multiangolari ha incentivato il ricorso a procedure basate sull'applicazione di modelli di trasferimento radiativo della vegetazione che, sebbene a discapito di una maggiore complessità computazionale, consentono in linea teorica una stima più affidabile dei parametri bio-fisici che governano i processi di scambio radiativo (Verhoef e Bach, 2003; Boschetti et Al., 2003; Meroni et al., 2004). La distribuzione direzionale della riflettanza spettrale della vegetazione, indicata con l'acronimo BRDF (Bi-directional Reflectance Distribution Function), è il risultato dell'interazione di diverse componenti, quali lo sviluppo del manto vegetale, le proprietà spettrali dell'apparato fogliare e del suolo e la geometria esistente fra illuminazione ed osservazione (Baret e Guyot, 1991). La complessa interazione fra le suddette componenti e la radiazione solare può essere descritta ricorrendo a modelli matematici, indicati con l'acronimo RT (Radiation Transfer models), che consentono di stimare la funzione BRDF partendo dai parametri caratteristici della vegetazione (LAI e LIDF - distribuzione dell'angolo di inclinazione dell'apparato fogliare) e dai parametri ottici del suolo e della superficie fogliare (riflettanza e trasmittanza)
Possibilità di gestione dei sistemi irrigui mediante telerilevamento e modelli idrologici.
No full textParticipatory multi-Level EO-assisted tools for Irrigation water management and Agricultural Decision-Support (PLEIADES)
No full textThis project addresses the efficient and sustainable use of water for food production in water-scarce environments. It aims at improving the technical, environmental and socio-economic performance of irrigation schemes by means of a range of measures. Major technical innovation is made possible by the comprehensive space-time coverage of Earth observation (EO) data and the interactive networking/connecting capabilities of Information and Communication Technologies (ICT). A key feature will be a set of EO- and ICT-assisted integrated systems and services which will be the foundation for integrated water resources management of river basins, irrigation schemes, and farms. This set of systems and services will also be the basis for technical and social learning that enables farmers to act responsibly by fine-tuning their on-farm irrigation management in accordance with the river-basin water status and management decisions. We consider the economic, environmental, technical, social, and political dimensions and pursue a synergy of leading-edge technological innovation (that facilitates active participation) with participatory approaches (that require distributed spatial information and networking technology). A set of pilot Case Studies has been selected to represent a sample of the wide range of conditions found in the European and Southern Mediterranean and in Latin America, covering Portugal, Spain, Italy, Greece, Turkey, Morocco, Mexico, Peru, and Brazil. We will benchmark the technical, environmental, and economic performance of irrigation systems in our pilot river-basins, conduct trial campaigns with EO- and ICT-assisted products in a participatory evaluation with stakeholders, and assess the effect of the new tools on water productivity and performance of our pilot irrigation systems
VALUTAZIONE DEGLI SCAMBI DI MASSA E DI ENERGIA PER LA GESTIONE IRRIGUA DI COLTURE ARBOREE IN AMBIENTE MEDITERRANEO
No full textL’obiettivo del presente progetto di ricerca è lo sviluppo e la a messa a punto di metodologie sperimentali per l’osservazione e la valutazione degli scambi di massa (acqua, CO2) ed energia (radiazione solare) nelle principali tipologie di colture arboree presenti in ambiente mediterraneo. Le colture arboree rappresentano uno dei sistemi agrari più diffusi nelle regioni del Mediterraneo ed occupano un ruolo di rilievo nella produzione del settore primario dei Paesi interessati. Accanto all’importanza economica di queste produzioni, colture quali olivo, agrumi e vite rappresentano un elemento di forte peculiarità del paesaggio mediterraneo, recentemente rivalutati con forza alla luce delle indicazioni del protocollo di Kyoto per la riduzione delle emissioni di CO2 nell’atmosfera.
Un aspetto di fondamentale importanza per la sostenibilità di questi sistemi colturali è costituito dalla gestione delle risorse idriche ad essi destinate, in aree caratterizzate da condizioni di crescente aridità. Negli ultimi anni si è assistito ad un notevole progresso di conoscenza sull’evoluzione dei processi evapotraspirativi delle colture, e sono stati messi a punto modelli e tecniche di misura in grado di descrivere con notevole accuratezza i meccanismi di scambio di massa ed energia nel sistema continuo suolo-pianta-atmosfera. Tuttavia, nell’ambito delle colture arboree, la complessità degli apparati radicali e delle parti aeree richiede ulteriori approfondimenti nello studio dei processi che regolano i processi evapotraspirativi, in special modo in condizioni di stress idrico.
Nell’ambito di questo progetto, attraverso un approccio di tipo interdisciplinare, verranno messe a punto e testate diverse metodologie per la misura dei flussi evapotraspirativi a partire dai meccanismi di trasporto interni alla pianta fino agli scambi con l’atmosfera. Verrà valutato l’impiego di tecniche innovative sia da telerilevamento (mediante sensori multi-spettrali montati su piattaforme e/o aerei) che in-situ (flusso linfatico, metodi micro-meteorologici per il bilancio energetico superficiale).
Queste sperimentazioni, che verranno condotte in due areali siciliani di peculiare interesse per il settore (agrumicoltura nella Piana di Catania ed olivo-viticoltura nella Sicilia sud-occidentale), consentiranno, inoltre, la validazione di approcci di tipo modellistico. I risultati delle ricerche condotte nell’ambito del progetto consentiranno quindi di individuare le tecniche più idonee per una corretta gestione delle risorse idriche in condizioni di limitate disponibilità
Use of COSMO-SkyMed SAR data for LANDcover classification and surface parameters retrieval over agricultural sites” (COSMOLAND)
No full textIl progetto “COSMOLAND” riguarda l’uso di dati SAR (radar) della costellazione italiana denominata COSMO-Skymed, per il monitoraggio delle superfici agrarie.
Il sensore installato sui satelliti della costellazione COSMO-Skymed, lanciata dall’Agenzia Spaziale Italiana, è un radar ad apertura sintetica (SAR) operante in banda X; una delle caratteristiche principali di questo strumento e’ la possibilita’ di un’elevata ripetitivita’ delle acquisizioni (da 1 a 3 gg), con capacita’ di osservazione in doppia polarizzazione. L’Agenzia Spaziale Italiana ha emesso un bando per progetti di ricerca nel 2007, ed il DIAAT ha partecipato come unita’ operativa nell’ambito della proposta “COSMOLAND” coordinata dall’Istituto di Studi sui Sistemi Intelligenti per l’Automazione del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ISSIA-CNR) con sede in Bari. Le altre unità operative sono il CRA-SCA di Bari ed il Politecnico di Bari (Facoltà di Ingegneria).
Il finanziamento complessivo assegnato al progetto, per una durata di 2 anni, è pari a 189000 euro, di cui 51000 spettanti al DIAAT.
Gli obiettivi del progetto COSMOLAND sono lo sviluppo e la validazione di metodi ed algoritmi per la classificazione della copertura del suolo, la stima di parametri bio-geofisici come, il Leaf Area Index (LAI), la biomassa della vegetazione e l’umidità del suolo; e per l’integrazione dei risultati di questi algoritmi in modelli di bilancio idrico per migliorare la gestione delle risorse idriche su selezionati siti situati nel sud d’Italia (fra cui la piana del Sele)
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