การศึกษาเปรียบเทียบความชื้นในดินจากข้อมูลดาวเทียม SMAP กับการตรวจวัดด้วย TDR ในพื้นที่นาข้าวภาคตะวันออกเฉียงเหนือ | Comparative Study of Soil Water Content Between the SMAP Satellite Data and the TDR Measurements in Paddy Field, Northeast Thailand
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Soil moisture has an important role in plant growth. Measurement of soil water content can be conducted using direct or indirect methods. Nowadays, satellite data of water content are widely used and accessible via the Internet. This paper aimed to validate the soil water content data from the Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellite in paddy field, north-east Thailand. The satellite soil water content data were compared with those measured in the field using the Time Domain Reflectometry (TDR). The 264 measurements were conducted in 10 sites (3-5 repetitions/site), covering ~12,000 km2 in Roi Et, Kalasin, and Mahasarakham during November (the end of rainy season) to June (beginning of rainy season). The correlation of soil water content data collected between SMAP and TDR was moderately good (r2=0.752). The overall RMSE was 0.112 m3/m3, while the RMSE below 0.05 m3/m3, which corresponds to the expected accuracy of the SMAP requirements (0.04 m3/m3) were found during the end of the rainy season (November-December). The SMAP satellite data can indeed represent the dynamics of soil water content in paddy fields during the dry season.
บทคัดย่อ
ความชื้นในดินเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช การวัดปริมาณความชื้นในดินอาจวัดด้วยวิธีวัดโดยตรงหรือวิธีวัดโดยอ้อม ในปัจจุบันมีการนำข้อมูลความชื้นในดินที่ตรวจวัดจากดาวเทียมมาใช้อย่างแพร่หลายและสามารถดาวน์โหลดได้ทางอินเตอร์เน็ต บทความนี้มีเป้าหมายเพื่อประเมินความน่าเชื่อถือของข้อมูลที่ได้จากดาวเทียม Soil Moisture Active Passive (SMAP) ในพื้นที่นาข้าวใน ภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดยการเปรียบเทียบความชื้นในดินจากดาวเทียม SMAP กับการตรวจวัดด้วยเครื่อง Time Domain Reflectometry (TDR) จากจุดตรวจวัด 10 จุด (จุดละ 3-5 ซ้ำ) รวม 264 ค่า ระหว่างเดือนพฤศจิกายน (ปลายฤดูฝน) ถึงเดือนมิถุนายน (ต้นฤดูฝน) ครอบคลุมพื้นที่ ~12,000 km2 ในเขตจังหวัดร้อยเอ็ด กาฬสินธุ์ และมหาสารคาม พบว่าความชื้นในดินที่วัดด้วยเครื่อง TDR มีความสัมพันธ์กับข้อมูลจากดาวเทียม SMAP อยู่ในเกณฑ์ดีพอใช้ (r2=0.752) โดยค่า RMSE โดยรวม เท่ากับ 0.112 m3/m3 โดยช่วงปลายฤดูฝน (พ.ย.-ธ.ค.) ค่า RMSE ต่ำกว่า 0.05 m3/m3 ซึ่งใกล้เคียงกับข้อกำหนดของเครื่องมือดาวเทียม (0.04 m3/m3) ข้อมูลจากดาวเทียม SMAP สามารถแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงความชื้นในดินของพื้นที่นาข้าวในช่วงฤดูแล้งได้เป็นอย่างดี
Downloads
Article Details
References
คณาจารย์ภาควิชาปฐพีวิทยา. (2541). ปฐพีวิทยาเบื้องต้น. กรุงเทพฯ: ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
วิบูลย์ บุญยธโรกุล. (2526). หลักการชลประทาน. นครปฐม: ภาควิชาวิศวกรรมชลประทาน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.
สุเจนต์ พรหมเหมือน, จอมภพ แววศักดิ์,
ศุภกร กตาธิการกุล, และสุทธิษา กอนเรือง. (2561). การศึกษาความชื้นของดินโดยอาศัยข้อมูลการรับรู้จากระยะไกลและการตรวจวัดภาคพื้นดินด้วยเครื่องมือที่พัฒนาขึ้นเอง (กรณีศึกษาจังหวัดพัทลุง). วารสารมหาวิทยาลัยทักษิณ, 21(3), 224-232.
อุมาพร จารุสมบัติ. (2557). ดาวเทียมดวงใหม่ตรวจวัดความชื้นของดิน. วารสารสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 42(190), 16-21.
เอกสิทธิ์ โฆสิตสกุลชัย. (2559). การเคลื่อนที่ของน้ำในดินและการประยุกต์สำหรับการระบายน้ำในพื้นที่เกษตรกรรม. นครปฐม: ภาควิชาวิศวกรรมชลประทานมหาวิทยาลัย
เกษตรศาสตร์.
Abdullah, N. H. H., Kuan, N. W., Ibrahim, A., Ismail, B. N., Majid, M. R. A., Ramli, R., & Mansor, N. S. (2018). Determination of soil water content using time domain reflectometer (TDR) for clayey soil. AIP Conference Proceedings, 2020(1), 020016.
Arthur Endsley, K., Kimball, J. S., Reichle, R. H., & Watts, J. D. (2020). Satellite Monitoring of Global Surface Soil Organic Carbon Dynamics Using the SMAP Level 4 Carbon Product. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 125(12), e2020JG006
100.
Brocca, L., Ciabatta, L., Massari, C., Camici, S., & Tarpanelli, A. (2017). Soil Moisture for Hydrological Applications: Open Questions and New Opportunities. Water, 9(2).
Chan, S. K., Bindlish, R., O'Neill, P. E., Njoku, E., Jackson, T., Colliander, A., … Kerr, Y. (2016). Assessment of the SMAP Passive Soil Moisture Product. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54(8), 4994-5007.
Colliander, A., Jackson, T. J., Berg, A., Bosch, D. D., Caldwell, T., Chan, S., ... Yueh, S. H. (2020). Effect of Rainfall Events on SMAP Radiometer-Based Soil Moisture Accuracy Using Core Validation Sites. Journal of Hydrometeorology, 21(2), 255-264.
Cosh, M. H., Coopersmith, E. J., Petersen, W. A., Prueger, J., & Niemeier, J. J. (2015). Soil Moisture Model Calibration and Validation: An ARS Watershed on the South Fork Iowa River. Journal of Hydrometeorology, 16(3), 1087-1101.
Dandridge, C., Fang, B., & Lakshmi, V. (2020). Downscaling of SMAP Soil Moisture in the Lower Mekong River Basin. Water, 12(1), 56.
Hajj, M. E., Baghdadi, N., Zribi, M., Fernández, N. R., Wigneron, J. P., Al-Yaari, A., … Calvet, J. C. (2018). Evaluation of SMOS, SMAP, ASCAT and Sentinel-1 Soil Moisture Products at Sites in Southwestern France. Remote Sensing, 10(4).
Rajasekaran, E., Das, N. N., Poulsen, C., Behrangi, A., Swigart, J., Svoboda, M., … Entin, J. (2018). SMAP Soil Moisture Change as an Indicator of Drought Conditions. Remote Sensing, 10(5), 788.
Gruber, A., De Lannoy, G., Albergel, C., Al-Yaari, A., Brocca, L., Calvet, J.C., ... Wagner, W. (2020). Validation practices for satellite soil moisture retrievals: What are (the) errors? Remote Sensing of Environment, 244, 111806.
Hillel, D. (1998). Environmental soil physics. Academic Press, San Diego. Environmental soil physics. Academic Press, San Diego.
Jones, S. B., Wraith, J. M., & Or, D. (2002). Time domain reflectometry measurement principles and applications. Hydrological Processes, 16(1), 141-153.
Kellner, O., Niyogi, D., Lei, M., & Kumar, A. (2011). The role of anomalous soil moisture on the inland reintensification of Tropical Storm Erin (2007). Natural Hazards, 63(3), 1573-1600.
Loew, A., Bell, W., Brocca, L., Bulgin, C. E., Burdanowitz, J., Calbet, X., ... Verhoelst, T. (2017). Validation practices for satellite-based Earth observation data across communities. Reviews of Geophysics, 55(3), 779-817.
Mladenova, I. E., Bolten, J. D., Crow, W. T., Sazib, N., Cosh, M. H., Tucker, C. J., & Reynolds, C. (2019). Evaluating the Operational Application of SMAP for Global Agricultural Drought Monitoring. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 12(9), 3387-3397.
NASA. (2014). SMAP Handbook - Soil Moisture Active Passive: Mapping Soil Moisture and Freeze/Thaw from Space. USA: National Aeronautics and Space Administration (NASA) Washington.
Petropoulos, G. P., Ireland, G., & Barrett, B. (2015). Surface soil moisture retrievals from remote sensing: Current status, products & future trends. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 83, 36-56.
Reichle, L. M., Epstein, H. E., Bhatt, U. S., Raynolds, M. K., & Walker, D. A. (2018). Spatial Heterogeneity of the Temporal Dynamics of Arctic Tundra Vegetation. Geophysical Research Letters, 45(17), 9206-9215.
Reichle, R., G. De Lannoy, R. D. Koster, W. T. Crow, J. S. Kimball, and Q. Liu. 2018. SMAP L4 Global 3-hourly 9 km EASE-Grid Surface and Root Zone Soil Moisture Geophysical Data, Version 4. Boulder, Colorado USA. NASA National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center.
Reichle, R., Koster, R., De Lannoy, G., Crow, W., & Kimball, J. (2014). Level 4 Surface and Root Zone Soil Moisture (L4_SM) Data Product In: GMAO Office Note No. 6 (Initial Version 1.3).
Reichle, R. H., Liu, Q., Koster, R. D., Crow, W. T., De Lannoy, G. J. M., Kimball, J. S., ... Walker, J. P. (2019). Version 4 of the SMAP Level‐4 Soil Moisture Algorithm and Data Product. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(10), 3106-3130.
Srivastava, P. K., Petropoulos, G., & Y. H. Kerr (Eds.). (2016). Satellite Soil Moisture Retrieval: Techniques and Applications. Elsevier. Netherlands: Amsterdam.
Topp, G. C., Davis, J. L., & Annan, A. P. (1980). Electromagnetic determination of soil water content: Measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research, 16(3), 574-582.