Ανασκόπηση βιβλιογραφίας για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους

1. Ταξινόμηση Τεχνολογιών Παρακολούθησης Υγρασίας Εδάφους

Οι τεχνολογίες παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την κλίμακα και την αρχή παρακολούθησης: τεχνολογία επίγειας μέτρησης σημείου, τεχνολογία εγγύς ανίχνευσης και τεχνολογία παρακολούθησης τηλεπισκόπησης. Κάθε μία από τις τρεις τεχνολογίες έχει τη δική της εστίαση, καλύπτοντας όλο το εύρος των αναγκών εφαρμογών από την τοπική μέτρηση σημείου έως την παρακολούθηση παγκόσμιας κλίμακας.

(1) Τεχνολογία μέτρησης σημείων εδάφους

Η τεχνολογία μέτρησης σημείου εδάφους επικεντρώνεται στη μέτρηση με αισθητήρα εδάφους άμεσης επαφής, η οποία μπορεί να πραγματοποιήσει συλλογή δεδομένων υγρασίας εδάφους συνεχούς ή σταθερού σημείου και είναι το βασικό μέσο παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους. Περιλαμβάνει κυρίως ανιχνευτές αντίστασης, ανακλαστική μέτρηση πεδίου χρόνου (TDR), αισθητήρες χωρητικότητας, ανιχνευτές νετρονίων και άλλους τύπους. Οι διαφορετικοί αισθητήρες διαφέρουν σημαντικά ως προς την ακρίβεια, το κόστος και τα εφαρμόσιμα σενάρια.

(2) Τεχνολογία εγγύς ανίχνευσης

Η τεχνολογία εγγύς ανίχνευσης εφαρμόζεται κυρίως σε κλίμακα πεδίου ή λεκάνης απορροής. Αποκτά τα χαρακτηριστικά χωρικής κατανομής της υγρασίας του εδάφους μέσω μη επεμβατικών μέσων, αντισταθμίζοντας τον τοπικό περιορισμό της μέτρησης σημείων στο έδαφος. Οι κοινές τεχνολογίες περιλαμβάνουν την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (EMI), το ραντάρ διείσδυσης εδάφους (GPR), τον ανιχνευτή νετρονίων κοσμικής ακτίνας (CRNP) κ.λπ. Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία CRNP μπορεί να πραγματοποιήσει μη επεμβατική μέτρηση της περιφερειακής μέσης υγρασίας του εδάφους σε μια μεγάλη περιοχή και έχει γίνει βασική γέφυρα που συνδέει επίγειες μετρήσεις σημείων και δορυφορική ανίχνευση.

(3) Τεχνολογία Τηλεπισκόπησης

Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης πραγματοποιεί δυναμική παρακολούθηση της μεγάλης κλίμακας (περιφερειακής έως παγκόσμιας) υγρασίας του εδάφους μέσω πλατφορμών όπως δορυφόροι και αεροσκάφη. Σύμφωνα με τις ζώνες τηλεπισκόπησης, μπορεί να χωριστεί σε οπτική τηλεπισκόπηση, θερμική υπέρυθρη τηλεπισκόπηση και τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων. Μεταξύ αυτών, η τηλεπισκόπηση με μικροκύματα έχει γίνει η κύρια τεχνολογία για μεγάλης κλίμακας παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους λόγω της χαμηλής ευαισθησίας της στις καιρικές συνθήκες και της ικανότητάς της να διεισδύει στη βλάστηση και στο επιφανειακό έδαφος. Μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε ενεργή τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων (όπως ραντάρ συνθετικού διαφράγματος, SAR) και παθητική τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων (όπως ραδιόμετρο).

2. Αρχές και Σύγκριση Απόδοσης Κύριων Τεχνολογιών Παρακολούθησης

(1) Σύγκριση απόδοσης αισθητήρων μέτρησης σημείων εδάφους

Τύπος αισθητήρα	Φόντα	Μειονεκτήματα	Ισχύοντα σενάρια	Δείκτης Ακρίβειας
Ανιχνευτής αντίστασης	1. Μπορεί να συνδυαστεί με καταγραφικά δεδομένων για συνεχή μέτρηση. 2. Χαμηλότερη τιμή. 3. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας	1. Χαμηλή ακρίβεια, η τιμή βαθμονόμησης ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του εδάφους και την περιεκτικότητα σε αλάτι. 2. Οι αισθητήρες είναι επιρρεπείς στη γήρανση	Σενάρια που χρειάζονται μόνο να κρίνουν αλλαγές στην περιεκτικότητα σε υγρασία και έχουν χαμηλές απαιτήσεις ακρίβειας	Χαμηλή Ακρίβεια
Ανιχνευτής TDR	1. Μπορεί να εκτελέσει συνεχή μέτρηση. 2. Υψηλή ακρίβεια (2-3%) μετά από ειδική βαθμονόμηση του εδάφους. 3. Μη ευαίσθητο στην αλατότητα (μέχρι να εξαφανιστεί το σήμα). 4. Υψηλή ακαδημαϊκή αναγνώριση	1. Μεγαλύτερη λειτουργική πολυπλοκότητα από τους αισθητήρες χωρητικότητας. 2. Η εγκατάσταση απαιτεί διάνοιξη τάφρων, η οποία είναι χρονοβόρα. 3. Μη έγκυρο σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας. 4. Υψηλή κατανάλωση ενέργειας (απαιτεί μεγάλες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες)	Εργαστήρια εξοπλισμένα με σχετικά συστήματα που απαιτούν μέτρηση υψηλής ακρίβειας	Υψηλή Ακρίβεια (2-3%)
Αισθητήρας χωρητικότητας	1. Μπορεί να εκτελέσει συνεχή μέτρηση. 2. Εύκολη εγκατάσταση για ορισμένους τύπους. 3. Υψηλή ακρίβεια (2-3%) μετά τη βαθμονόμηση. 4. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (οι μικρές μπαταρίες επαρκούν). 5. Χαμηλή τιμή, που επιτρέπει τη μέτρηση πολλών σημείων	1. Η ακρίβεια μειώνεται σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας (ηλεκτρική αγωγιμότητα κορεσμένου εκχυλίσματος > 8 dS/m). 2. Κακή απόδοση εμπορικών σημάτων χαμηλής ποιότητας	Σενάρια που απαιτούν μέτρηση πολλών σημείων, απλή εγκατάσταση και συντήρηση συστήματος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας	Υψηλή Ακρίβεια (2-3%)
Ανιχνευτής Νετρονίων	1. Μεγάλος όγκος μέτρησης. 2. Μη ευαίσθητο στην αλατότητα. 3. Υψηλή ακαδημαϊκή αναγνώριση (ώριμη τεχνολογία). 4. Δεν επηρεάζεται από προβλήματα επαφής εδάφους-αισθητήρα	1. Ακριβό? 2. Η λειτουργία απαιτεί πιστοποίηση ακτινοβολίας. 3. Εξαιρετικά χρονοβόρα. 4. Δεν είναι δυνατή η συνεχής μέτρηση	Σενάρια με υπάρχοντα εξοπλισμό και πιστοποίηση που απαιτούν μέτρηση αργιλωδών εδαφών υψηλής αλατότητας ή εκτατικής συρρίκνωσης	Χαμηλή ακρίβεια (βελτιωμένη μετά τη βαθμονόμηση πεδίου)
CRNP (Κοσμική Ακτίνα Νετρονίων Ανιχνευτής)	1. Εξαιρετικά μεγάλο εύρος μέτρησης (όγκος επιρροής με διάμετρο 800m). 2. Αυτόματη μέτρηση. 3. Κατάλληλο για επίγεια επικύρωση δορυφορικών δεδομένων (εξομάλυνση μεταβλητότητας μεγάλης κλίμακας). 4. Δεν επηρεάζεται από προβλήματα επαφής εδάφους-αισθητήρα	1. Υψηλότερη τιμή. 2. Ασαφής ορισμός όγκου μέτρησης, που ποικίλλει ανάλογα με την υγρασία του εδάφους. 3. Η ακρίβεια περιορίζεται από συγχυτικούς παράγοντες όπως η βλάστηση	Σενάρια που απαιτούν μέσες τιμές υγρασίας μεγάλης κλίμακας και επικύρωση εδάφους δορυφορικών δεδομένων	RMSE ≈ 0,032 cm³/cm³ (μετά τη βαθμονόμηση)

Τύπος αισθητήρα	Φόντα	Μειονεκτήματα	Ισχύοντα σενάρια	Δείκτης Ακρίβειας
Ανιχνευτής αντίστασης	1. Μπορεί να συνδυαστεί με καταγραφικά δεδομένων για συνεχή μέτρηση. 2. Χαμηλότερη τιμή. 3. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας	1. Χαμηλή ακρίβεια, η τιμή βαθμονόμησης ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του εδάφους και την περιεκτικότητα σε αλάτι. 2. Οι αισθητήρες είναι επιρρεπείς στη γήρανση	Σενάρια που χρειάζονται μόνο να κρίνουν αλλαγές στην περιεκτικότητα σε υγρασία και έχουν χαμηλές απαιτήσεις ακρίβειας	Χαμηλή Ακρίβεια
Ανιχνευτής TDR	1. Μπορεί να εκτελέσει συνεχή μέτρηση. 2. Υψηλή ακρίβεια (2-3%) μετά από ειδική βαθμονόμηση του εδάφους. 3. Μη ευαίσθητο στην αλατότητα (μέχρι να εξαφανιστεί το σήμα). 4. Υψηλή ακαδημαϊκή αναγνώριση	1. Μεγαλύτερη λειτουργική πολυπλοκότητα από τους αισθητήρες χωρητικότητας. 2. Η εγκατάσταση απαιτεί διάνοιξη τάφρων, η οποία είναι χρονοβόρα. 3. Μη έγκυρο σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας. 4. Υψηλή κατανάλωση ενέργειας (απαιτεί μεγάλες επαναφορτιζόμενες μπαταρίες)	Εργαστήρια εξοπλισμένα με σχετικά συστήματα που απαιτούν μέτρηση υψηλής ακρίβειας	Υψηλή Ακρίβεια (2-3%)
Αισθητήρας χωρητικότητας	1. Μπορεί να εκτελέσει συνεχή μέτρηση. 2. Εύκολη εγκατάσταση για ορισμένους τύπους. 3. Υψηλή ακρίβεια (2-3%) μετά τη βαθμονόμηση. 4. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (οι μικρές μπαταρίες επαρκούν). 5. Χαμηλή τιμή, που επιτρέπει τη μέτρηση πολλών σημείων	1. Η ακρίβεια μειώνεται σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας (ηλεκτρική αγωγιμότητα κορεσμένου εκχυλίσματος > 8 dS/m). 2. Κακή απόδοση εμπορικών σημάτων χαμηλής ποιότητας	Σενάρια που απαιτούν μέτρηση πολλών σημείων, απλή εγκατάσταση και συντήρηση συστήματος και χαμηλή κατανάλωση ενέργειας	Υψηλή Ακρίβεια (2-3%)
Ανιχνευτής Νετρονίων	1. Μεγάλος όγκος μέτρησης. 2. Μη ευαίσθητο στην αλατότητα. 3. Υψηλή ακαδημαϊκή αναγνώριση (ώριμη τεχνολογία). 4. Δεν επηρεάζεται από προβλήματα επαφής εδάφους-αισθητήρα	1. Ακριβό? 2. Η λειτουργία απαιτεί πιστοποίηση ακτινοβολίας. 3. Εξαιρετικά χρονοβόρα. 4. Δεν είναι δυνατή η συνεχής μέτρηση	Σενάρια με υπάρχοντα εξοπλισμό και πιστοποίηση που απαιτούν μέτρηση αργιλωδών εδαφών υψηλής αλατότητας ή εκτατικής συρρίκνωσης	Χαμηλή ακρίβεια (βελτιωμένη μετά τη βαθμονόμηση πεδίου)
CRNP (Κοσμική Ακτίνα Νετρονίων Ανιχνευτής)	1. Εξαιρετικά μεγάλο εύρος μέτρησης (όγκος επιρροής με διάμετρο 800m). 2. Αυτόματη μέτρηση. 3. Κατάλληλο για επίγεια επικύρωση δορυφορικών δεδομένων (εξομάλυνση μεταβλητότητας μεγάλης κλίμακας). 4. Δεν επηρεάζεται από προβλήματα επαφής εδάφους-αισθητήρα	1. Υψηλότερη τιμή. 2. Ασαφής ορισμός όγκου μέτρησης, που ποικίλλει ανάλογα με την υγρασία του εδάφους. 3. Η ακρίβεια περιορίζεται από συγχυτικούς παράγοντες όπως η βλάστηση	Σενάρια που απαιτούν μέσες τιμές υγρασίας μεγάλης κλίμακας και επικύρωση εδάφους δορυφορικών δεδομένων	RMSE ≈ 0,032 cm³/cm³ (μετά τη βαθμονόμηση)

(2) Βασικές Αρχές και Απόδοση Τεχνολογιών Τηλεπισκόπησης

Η τεχνολογία παρακολούθησης τηλεπισκόπησης ανακτά την υγρασία του εδάφους ανιχνεύοντας τα χαρακτηριστικά ανάκλασης, εκπομπής ή σκέδασης του εδάφους στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε διαφορετικές ζώνες. Το βάθος μέτρησης, η χωρική ανάλυση και τα εφαρμοστέα σενάρια τεχνολογιών σε διαφορετικές ζώνες ποικίλλουν σημαντικά:

• Οπτική και θερμική υπέρυθρη τηλεπισκόπηση: Η οπτική τηλεπισκόπηση (ορατό φως, κοντινό υπέρυθρο, υπέρυθρο βραχέων κυμάτων) ανακτά την υγρασία του εδάφους στο εξαιρετικά λεπτό επιφανειακό στρώμα (≤1mm) μέσω αλλαγών στο χρώμα του εδάφους (το υγρό έδαφος είναι πιο σκούρο). Η θερμική υπέρυθρη τηλεπισκόπηση αντανακλά έμμεσα τις συνθήκες υγρασίας παρακολουθώντας τις αλλαγές στη θερμοκρασία του επιφανειακού εδάφους. Και τα δύο είναι ευαίσθητα στις καιρικές συνθήκες και τη βλάστηση και έχουν μικρό βάθος μέτρησης.

• Τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων: Ανακτά την υγρασία μετρώντας την ογκομετρική διηλεκτρική σταθερά του εδάφους (η διηλεκτρική σταθερά του νερού είναι περίπου 80, πολύ υψηλότερη από αυτή των στερεών του εδάφους και του αέρα), η οποία χωρίζεται σε τύπους ενεργού (ραντάρ μεταδίδει σήματα για τη μέτρηση ηχούς) και παθητικό (μετρά τη φυσική ακτινοβολία μικροκυμάτων). Μεταξύ των ζωνών μικροκυμάτων, η ζώνη L και η ζώνη P έχουν ισχυρή ικανότητα να διεισδύουν στη βλάστηση και είναι κατάλληλες για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους κοντά στην επιφάνεια και τη ριζική ζώνη. Το C-band είναι κατάλληλο για γυμνό έδαφος ή περιοχές με αραιά βλάστηση.

Σύγκριση απόδοσης δορυφορικών αποστολών τηλεπισκόπησης μικροκυμάτων

Δορυφορική αποστολή	Τύπος αισθητήρα	Ζώνη	Χωρική Ανάλυση	Περίοδος επανεξέτασης	Βασικά πλεονεκτήματα	Δείκτης Ακρίβειας
SMOS (Δορυφόρος υγρασίας εδάφους και αλατότητας ωκεανών)	Παθητικό ραδιόμετρο μικροκυμάτων	L-band	25 km (EASE-2 Grid)	3 μέρες	Η πρώτη δορυφορική αποστολή ειδικά για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους, ικανή να ανακτήσει το οπτικό βάθος της βλάστησης (VOD)	Μέσος όρος R²=0,75, RMSE=0,023 m³/m³
SMAP (Ενεργός παθητικός δορυφόρος υγρασίας εδάφους)	Ενεργό ραντάρ + παθητικό ραδιόμετρο (αποτυχία ραντάρ)	L-band	36 χλμ (Τυπική), 9 χλμ (Βελτιωμένη)	2-3 μέρες	Επί του παρόντος το πιο ακριβές παγκόσμιο προϊόν υγρασίας εδάφους, ικανό να παρέχει δεδομένα υγρασίας ζώνης ρίζας (0-100 cm)	ubRMSE=0,035-0,038 cm³/cm³ (επιφανειακό στρώμα); 0,026-0,03 cm³/cm³ (ζώνη ρίζας)
Φρουρός-1	Ενεργό συνθετικό ραντάρ διαφράγματος (SAR)	C-band	10-20 μ	6 μέρες	Υψηλή χωρική ανάλυση, μπορεί να συγχωνευθεί με δεδομένα SMAP για τη δημιουργία προϊόντων ανάλυσης 3 χιλιομέτρων	RMSE<0,046 cm³/cm³
ESA CCI (Πρωτοβουλία για την Κλιματική Αλλαγή)	Ενεργή + Παθητική Σύντηξη Μικροκυμάτων	Multi-band	Πολλαπλές αναλύσεις	Εξαρτάται από την πηγή δεδομένων	Παρέχει μακροπρόθεσμα συνεχή δεδομένα παγκόσμιας υγρασίας του εδάφους από το 1978	Μέτρια συνολική ακρίβεια, κατάλληλη για μακροπρόθεσμη έρευνα για την κλιματική αλλαγή

3. Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια της παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους

Με βάση τα αποτελέσματα της μετα-ανάλυσης της Βιβλιογραφίας 3, η ακρίβεια της παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες όπως ο τύπος του αισθητήρα, η μέθοδος μοντελοποίησης και οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν είναι οι εξής:

(1) Αισθητήρας και Τεχνική Διαμόρφωση

• Τύπος αισθητήρα: Η ακρίβεια των ενεργών και παθητικών αισθητήρων μικροκυμάτων είναι συγκρίσιμη όταν χρησιμοποιούνται μόνοι (μέση τιμή R²=0,7 και για τους δύο), αλλά υπάρχουν λίγες μελέτες για τη συνδυασμένη χρήση τους. Τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι η ακρίβεια της σύντηξης δεν έχει βελτιωθεί σημαντικά (διάμεσος R²=0,59), κάτι που απαιτεί περαιτέρω έρευνα και βελτιστοποίηση.

• Λειτουργία πόλωσης: Μεταξύ των ενεργών αισθητήρων μικροκυμάτων, ο συνδυασμός διπλής πόλωσης VV+VH έχει την υψηλότερη ακρίβεια (διάμεσος R²=0,76, RMSE=0,035 m³/m³), ακολουθούμενος από την πόλωση HH και η πόλωση VH έχει τη χαμηλότερη ακρίβεια.

• Βάθος μέτρησης: Η τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων είναι κυρίως κατάλληλη για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους στο επιφανειακό στρώμα (0-5 cm). Η υγρασία βαθιάς στρώσης (>20 cm) πρέπει να ανακτηθεί έμμεσα μέσω μοντέλων μηχανικής εκμάθησης. Επί του παρόντος, ο αριθμός των δειγμάτων δεδομένων για την ακρίβεια παρακολούθησης σε βάθος είναι μικρός και το συμπέρασμα δεν είναι ακόμη σαφές.

(2) Μέθοδοι Μοντελοποίησης και Επεξεργασίας Δεδομένων

Η μέθοδος μοντελοποίησης αντιστροφής για την παρακολούθηση των δεδομένων επηρεάζει σημαντικά την ακρίβεια:

• Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης (ειδικά τα νευρωνικά δίκτυα) έχουν την υψηλότερη ακρίβεια, με διάμεσο R²=0,73 και RMSE=0,035 m³/m³. Μεταξύ αυτών, τα δίκτυα LSTM έχουν την υψηλότερη ακρίβεια (διάμεσος R²=0,86) επειδή μπορούν να συλλάβουν τη χρονική εξάρτηση.

• Τα ημι-εμπειρικά μοντέλα (όπως το μοντέλο Water Cloud (WCM), το μοντέλο τ-ω) χρησιμοποιούνται ευρέως και η ακρίβειά τους είναι ελαφρώς χαμηλότερη από αυτή της μηχανικής μάθησης (διάμεσος R²=0,71, RMSE=0,042 m³/m³).

• Ο συνδυασμός μηχανικής μάθησης και ημι-εμπειρικών μοντέλων μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την ακρίβεια (διάμεσος R²=0,79, RMSE=0,030 m³/m³).

(3) Περιβαλλοντικές και Επιφανειακές Συνθήκες

• Τύπος κλίματος: Η ακρίβεια παρακολούθησης σε ξηρές και ημίξηρες περιοχές (με υψηλότερη μέση τιμή R²) είναι καλύτερη από αυτή σε υγρές και ημίυγρες περιοχές. Επειδή οι υγρές περιοχές έχουν πυκνή βλάστηση και μεγάλες διακυμάνσεις υγρασίας, οι οποίες είναι πιθανό να παρεμβαίνουν στα σήματα.

• Υφή εδάφους: Το αμμώδες αργιλώδες υλικό έχει την υψηλότερη ακρίβεια παρακολούθησης (διάμεσος R²=0,75). Οι παθητικοί αισθητήρες αποδίδουν καλύτερα σε αργιλώδες και πηλό, ενώ οι ενεργοί αισθητήρες αποδίδουν καλύτερα σε αμμοπηλώδη και αργιλώδη.

• Κάλυψη γης: Η γεωργική γη (σίτος, καλαμπόκι, σόγια κ.λπ.) είναι το κύριο σενάριο έρευνας. Η πυκνότητα της βλάστησης επηρεάζει τη διείσδυση των σημάτων μικροκυμάτων, επηρεάζοντας έτσι την ακρίβεια, αλλά η διαφορά στην ακρίβεια παρακολούθησης μεταξύ των διαφορετικών εποχών δεν είναι σημαντική, αντανακλώντας τη σταθερότητα της τεχνολογίας μικροκυμάτων.

4. Συστήματα Εφαρμογών και Πηγές Δεδομένων για Παρακολούθηση Υγρασίας Εδάφους

(1) Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) και Συστήματα Διαχείρισης Δεδομένων

Το σύστημα ZENTRA που προτείνεται στη Βιβλιογραφία 1 είναι μια τυπική λύση IoT για την παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους. Ενσωματώνει αισθητήρες, καταγραφείς δεδομένων και πλατφόρμες cloud (ZENTRA Cloud) για να πραγματοποιήσει απλοποιημένη εγκατάσταση, απομακρυσμένη λήψη δεδομένων, έγκαιρη προειδοποίηση σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο και συγχώνευση δεδομένων πολλών τοποθεσιών. Μπορεί να μειώσει σημαντικά τον φόρτο εργασίας των ερευνητών και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της διαχείρισης δεδομένων.

(2) Παγκόσμια και περιφερειακά δίκτυα παρακολούθησης

• Δίκτυο COSMOS: Ένα παγκόσμιο δίκτυο παρατήρησης της υγρασίας του εδάφους που βασίζεται στην τεχνολογία CRNP. Επί του παρόντος, υπάρχουν περίπου 194 μόνιμοι σταθμοί σε όλο τον κόσμο, που καλύπτουν περιοχές όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Γερμανία, η Αυστραλία και το Ηνωμένο Βασίλειο. Μπορεί να καλύψει το κενό χωρικής κλίμακας μεταξύ της επίγειας μέτρησης σημείου και της δορυφορικής τηλεπισκόπησης.

• International Soil Moisture Network (ISMN): Ενσωματώνει επιτόπου δεδομένα υγρασίας του εδάφους από πολλούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο, καλύπτοντας μια ποικιλία τεχνολογιών μέτρησης και αποτελεί σημαντική βασική πηγή δεδομένων για την επικύρωση δεδομένων τηλεπισκόπησης.

• Δίκτυο TERENO: Το δίκτυο χερσαίων περιβαλλοντικών παρατηρητηρίων της Γερμανίας, το οποίο περιλαμβάνει 20 σταθμούς CRNP για δυναμική παρακολούθηση της υγρασίας του εδάφους σε κλίμακα λεκάνης απορροής.

(3) Προϊόντα δεδομένων και πλατφόρμες κοινής χρήσης

• Δεδομένα SMOS: Διατίθενται από τον επίσημο ιστότοπο της ESA και την πλατφόρμα CATDS, συμπεριλαμβανομένης της υγρασίας του εδάφους επιφανείας, του VOD, της υγρασίας του εδάφους της ριζικής ζώνης και άλλων προϊόντων.

• Δεδομένα SMAP: Δημοσιεύονται από το Εθνικό Κέντρο Δεδομένων Χιονιού και Πάγου (NSIDC) των Ηνωμένων Πολιτειών, συμπεριλαμβανομένων προϊόντων υγρασίας εδάφους επιφάνειας και ριζικής ζώνης με την υψηλότερη ακρίβεια.

• ESA CCI Data: Παρέχει μακροπρόθεσμα παγκόσμια δεδομένα για την υγρασία του εδάφους (τρεις τύποι προϊόντων: ενεργό, παθητικό και συντηγμένο) από το 1978, τα οποία μπορούν να ληφθούν από τον επίσημο ιστότοπο της ESA Soil Moisture CCI.

5. Συμπεράσματα Έρευνας και Μελλοντικές Κατευθύνσεις

Οι τρεις βιβλιογραφίες υποδεικνύουν σταθερά ότι οι τεχνολογίες παρακολούθησης της υγρασίας του εδάφους έχουν σχηματίσει ένα σύστημα πλήρους κλίμακας από τη μέτρηση επίγειων σημείων έως την παγκόσμια τηλεπισκόπηση. Μεταξύ αυτών, η τηλεπισκόπηση μικροκυμάτων είναι η βασική τεχνολογία για παρακολούθηση μεγάλης κλίμακας και τα μοντέλα μηχανικής εκμάθησης έχουν βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια αναστροφής. Οι βασικές προκλήσεις των σημερινών τεχνολογιών περιλαμβάνουν: βελτιστοποίηση ακρίβειας της σύντηξης ενεργών και παθητικών αισθητήρων μικροκυμάτων, επαλήθευση μεθόδων παρακολούθησης βαθιάς υγρασίας του εδάφους και βελτίωση της ακρίβειας παρακολούθησης σε πολύπλοκη βλάστηση και υγρές περιοχές. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί σε αυτές τις κατευθύνσεις, βελτιώνοντας παράλληλα τις μεθόδους αφομοίωσης δεδομένων, ενισχύοντας τον συνδυασμό δεδομένων τηλεπισκόπησης και παρατηρήσεων εδάφους και προωθώντας τη σε βάθος εφαρμογή των δεδομένων υγρασίας του εδάφους σε τομείς όπως η διαχείριση γεωργικής άρδευσης, η έγκαιρη προειδοποίηση ξηρασίας και πλημμύρας και η έρευνα για την κλιματική αλλαγή.