Spatial crop yield estimation based on remotely sensed stress index

The improvement of methods to evaluate the real impact of soil moisture availability on crop systems is crucial because the importance for world economy and food production. The relationship between the remote sensed stress index TVDI, root-zone soil moisture and soybean yield was analyzed in a sandy region of Argentine Pampas. High correlation (R2 =0.68) between TVDI and soybean yield was observed. The obtained adjustment allows us to evaluate the spatial variability of yield during a humid and dry period 2-3 months before harvest. Since the method requires remote sensed data, it could be applied over areas with poor data coverage.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Determinación de la evapotranspiración con datos satelitales y de reanálisis utilizando Google Earth Engine

Los flujos verticales, dentro del ciclo hidrológico, son una de las variables de mayor relevancia en zona de llanura, dado que las pendientes varían entre 0 y 5%, y los flujos horizontales no son significativos. En este sentido, la evapotranspiración juega un rol fundamental en el manejo hídrico, ya que alrededor del 85% del agua que sale del sistema lo hace mediante este proceso, requiriendo una cuantificación precisa. El objetivo principal de este trabajo es calcular la evapotranspiración potencial y real (ETp y ETr) con datos de satélite y reanálisis mediante el uso de la plataforma Google Earth Engine. Para su cálculo se tomó la ecuación de Priestley-Taylor (PT) combinado con información de humedad de suelo, con una resolución espacio-temporal de 250 x 250 m cada ocho días, en la región pampeana argentina (RPA). El producto se valoró en siete estaciones de la RPA, cuyos resultados mostraron, para la ETp, un R-RMSE (error cuadrático medio robusto) de 0.5 mm d-1; un error sistemático (mediana) de 0.3 mm d-1, y el error aleatorio (RSD- desviación estándar robusta) de 0.5 mm d-1; mientras que para la ETr, estos valores son de 0.6, -0.2 y 0.5 mm d-1, respectivamente. Los resultados globales muestran que el método utilizado es una herramienta válida para caracterizar la ET en la RPA y que se puede usar para analizar su variabilidad espacio-temporal en diferentes condiciones extremas y realizar estudios ambientales aplicados

Medidas de registro continuo con un lisímetro de pesada para monitorear la evapotranspiración real

La evapotranspiración se define como la combinación de la evaporación y transpiración del agua que se pierde a través de la superficie del suelo y la vegetación respectivamente. Puede obtenerse de forma indirecta a escala local por medio de información registrada en estaciones agrometeorológicas, o a escala regional con el uso de datos de satélite. Para tener fiabilidad de los modelos utilizados, es de suma importancia validar la información generada con medidas directas de evapotranspiración por medio de lisímetros. En esta línea, este trabajo presenta el diseño, construcción e instalación de un lisímetro de pesada de registro continuo en un suelo argiudol típico, desarrollado en el marco de mi plan de beca de entrenamiento de la CIC. Las primeras medidas continuas de la pérdida real de agua del sistema se compararon con medidas de sensores de humedad dentro del perfil de suelo. En conclusión, se obtuvieron valores de la evapotranspiración para días con un perfil de suelo seco y otro húmedo; a través de datos de humedad del suelo se demostró que para el primer periodo la energía se pierde en forma de flujo de calor sensible y para el segundo la energía se emplea en el proceso de evapotranspiración

Análisis comparativo de cinco métodos de procesamiento para calcular el área de lagunas pampeanas a partir de imágenes satelitales Landsat

Las lagunas pampeanas evidencian una dinámica muy cambiante (estacional, anual o cíclicamente) en diversos aspectos: profundidad, superficie libre, turbidez, concentración de nutrientes, de clorofila, de sólidos en suspensión, conductividad, etc. Trabajos previos señalan una relación inversa entre el volumen de agua y los valores de indicadores de estado trófico, vinculando precipitaciones y vientos con el grado de eutrofia de estas lagunas. La comprensión de las interrelaciones complejas entre procesos biológicos y geofísicos se dificulta porque éstos no son lineales y presentan retardos que aún no están cabalmente identificados ni cuantificados, con posibles retroalimentaciones entre dichos procesos. La comprensión de la dinámica de la interacción entre clima y ecosistemas lénticos es fundamental para poder conservarlos, utilizando sus recursos y garantizando sus servicios. Un primer paso esencial para relacionar la evolución de las lagunas con las precipitaciones consiste en contar con algoritmos confiables para el procesamiento de imágenes satelitales. Presentamos aquí un análisis comparativo de cinco métodos computacionales para determinar la superficie de agua libre de la laguna La Barrancosa a partir de la aplicación de los índices NDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua) y MNDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua Modificado) y métodos supervisados (Máxima Verosimilitud) y no supervisados (ISODATA y K-means) de clasificación en imágenes Landsat (4TM, 5TM y 7ETM+) a lo largo del período 1984-2004. Esto permitió evaluar la capacidad de cada uno para seguir la dinámica del área superficial e identificar el método que insume menos tiempo computacional y minimiza posibilidades de error en la implementaciónPampean shallow lakes exhibit very variable dynamics (seasonally, annually or cyclically) in various aspects: depth, free surface, turbidity, concentration of nutrients and Chl-a, suspended solids, conductivity, among others. Preliminary works indicate an inverse relationship between the volume of water and the values of trophic status indicators, linking rainfall and winds with the eutrophy degree of these lakes. The knowledge of the complex relationships between biological and geophysical processes is difficult because they are nonlinear and exhibit delays that are not yet fully identified nor quantified, with possible feedback between these processes. The understanding of the interaction dynamics between climate and lentic ecosystems is fundamental for their conservation, for resource utilization, and for services preserving. A first essential step to relate the evolution of the shallow lakes to precipitations is to achieve on reliable algorithms for the processing of satellite images. We introduce here a comparative analysis of five computational methods for estimating the area of free water surface of the La Barrancosa shallow lake in Landsat images (4TM, 5TM and 7ETM +) throughout the period 1984-2004, based on the application of NDWI (Normalized Water Difference Index) and MNDWI (Modified Normalized Water Difference Index) indices, as well as supervised (Maximum Likelihood) and unsupervised (ISODATA and K-means) classification methods. The performed analysis allowed us to evaluate the ability of each one to follow the dynamics of the surface area and to identify the method that requires less computational time and minimizes the possibility of error in the implementation.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet

Análisis comparativo de cinco métodos de procesamiento para calcular el área de lagunas pampeanas a partir de imágenes satelitales Landsat

Las lagunas pampeanas evidencian una dinámica muy cambiante (estacional, anual o cíclicamente) en diversos aspectos: profundidad, superficie libre, turbidez, concentración de nutrientes, de clorofila, de sólidos en suspensión, conductividad, etc. Trabajos previos señalan una relación inversa entre el volumen de agua y los valores de indicadores de estado trófico, vinculando precipitaciones y vientos con el grado de eutrofia de estas lagunas. La comprensión de las interrelaciones complejas entre procesos biológicos y geofísicos se dificulta porque éstos no son lineales y presentan retardos que aún no están cabalmente identificados ni cuantificados, con posibles retroalimentaciones entre dichos procesos. La comprensión de la dinámica de la interacción entre clima y ecosistemas lénticos es fundamental para poder conservarlos, utilizando sus recursos y garantizando sus servicios. Un primer paso esencial para relacionar la evolución de las lagunas con las precipitaciones consiste en contar con algoritmos confiables para el procesamiento de imágenes satelitales. Presentamos aquí un análisis comparativo de cinco métodos computacionales para determinar la superficie de agua libre de la laguna La Barrancosa a partir de la aplicación de los índices NDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua) y MNDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua Modificado) y métodos supervisados (Máxima Verosimilitud) y no supervisados (ISODATA y K-means) de clasificación en imágenes Landsat (4TM, 5TM y 7ETM+) a lo largo del período 1984-2004. Esto permitió evaluar la capacidad de cada uno para seguir la dinámica del área superficial e identificar el método que insume menos tiempo computacional y minimiza posibilidades de error en la implementaciónPampean shallow lakes exhibit very variable dynamics (seasonally, annually or cyclically) in various aspects: depth, free surface, turbidity, concentration of nutrients and Chl-a, suspended solids, conductivity, among others. Preliminary works indicate an inverse relationship between the volume of water and the values of trophic status indicators, linking rainfall and winds with the eutrophy degree of these lakes. The knowledge of the complex relationships between biological and geophysical processes is difficult because they are nonlinear and exhibit delays that are not yet fully identified nor quantified, with possible feedback between these processes. The understanding of the interaction dynamics between climate and lentic ecosystems is fundamental for their conservation, for resource utilization, and for services preserving. A first essential step to relate the evolution of the shallow lakes to precipitations is to achieve on reliable algorithms for the processing of satellite images. We introduce here a comparative analysis of five computational methods for estimating the area of free water surface of the La Barrancosa shallow lake in Landsat images (4TM, 5TM and 7ETM +) throughout the period 1984-2004, based on the application of NDWI (Normalized Water Difference Index) and MNDWI (Modified Normalized Water Difference Index) indices, as well as supervised (Maximum Likelihood) and unsupervised (ISODATA and K-means) classification methods. The performed analysis allowed us to evaluate the ability of each one to follow the dynamics of the surface area and to identify the method that requires less computational time and minimizes the possibility of error in the implementation.Instituto de Limnología "Dr. Raúl A. Ringuelet

Análisis comparativo de cinco métodos de procesamiento para calcular el área de lagunas pampeanas a partir de imágenes satelitales Landsat

Las lagunas pampeanas evidencian una dinámica muy cambiante (estacional, anual o cíclicamente) en diversos aspectos: profundidad, superficie libre, turbidez, concentración de nutrientes, de clorofila, de sólidos en suspensión, conductividad, etc. Trabajos previos señalan una relación inversa entre el volumen de agua y los valores de indicadores de estado trófico, vinculando precipitaciones y vientos con el grado de eutrofia de estas lagunas. La comprensión de las interrelaciones complejas entre procesos biológicos y geofísicos se dificulta porque éstos no son lineales y presentan retardos que aún no están cabalmente identificados ni cuantificados, con posibles retroalimentaciones entre dichos procesos. La comprensión de la dinámica de la interacción entre clima y ecosistemas lénticos es fundamental para poder conservarlos, utilizando sus recursos y garantizando sus servicios. Un primer paso esencial para relacionar la evolución de las lagunas con las precipitaciones consiste en contar con algoritmos confiables para el procesamiento de imágenes satelitales. Presentamos aquí un análisis comparativo de cinco métodos computacionales para determinar la superficie de agua libre de la laguna La Barrancosa a partir de la aplicación de los índices NDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua) y MNDWI (Índice de Diferencia Normalizada de Agua Modificado) y métodos supervisados (Máxima Verosimilitud) y no supervisados (ISODATA y K-means) de clasificación en imágenes Landsat (4TM, 5TM y 7ETM+) a lo largo del período 1984-2004. Esto permitió evaluar la capacidad de cada uno para seguir la dinámica del área superficial e identificar el método que insume menos tiempo computacional y minimiza posibilidades de error en la implementación.Pampean shallow lakes exhibit very variable dynamics (seasonally, annually or cyclically) in various aspects: depth, free surface, turbidity, concentration of nutrients and Chl-a, suspended solids, conductivity, among others. Preliminary works indicate an inverse relationship between the volume of water and the values of trophic status indicators, linking rainfall and winds with the eutrophy degree of these lakes. The knowledge of the complex relationships between biological and geophysical processes is difficult because they are nonlinear and exhibit delays that are not yet fully identified nor quantified, with possible feedback between these processes. The understanding of the interaction dynamics between climate and lentic ecosystems is fundamental for their conservation, for resource utilization, and for services preserving. A first essential step to relate the evolution of the shallow lakes to precipitations is to achieve on reliable algorithms for the processing of satellite images. We introduce here a comparative analysis of five computational methods for estimating the area of free water surface of the La Barrancosa shallow lake in Landsat images (4TM, 5TM and 7ETM +) throughout the period 1984-2004, based on the application of NDWI (Normalized Water Difference Index) and MNDWI (Modified Normalized Water Difference Index) indices, as well as supervised (Maximum Likelihood) and unsupervised (ISODATA and K-means) classification methods. The performed analysis allowed us to evaluate the ability of each one to follow the dynamics of the surface area and to identify the method that requires less computational time and minimizes the possibility of error in the implementation

Water footprint of the soybean crop from satellite data in the Center Southeast of the Argentine Pampas

En los últimos años, el incremento de la población mundial ha generado un crecimiento en la demanda de alimentos. Según la FAO, para satisfacer la demanda en el año 2050 se espera que aumente la producción de cultivos, por lo que se deberá aumentar la productividad de las tierras cultivables. Conjuntamente con el aumento en la producción agrícola se debe tener en cuenta el aumento en el consumo de agua utilizado para dicha actividad, dado que la agricultura es responsable por el 86% del consumo de agua en el planeta (Chamorro & Sarandón, 2013). La RPA es el área de secano más productiva del país, concentrando más del 90% de la producción de soja (Magrin et al., 2005; MAGyP, 2016). La potencialidad natural de la RPA por sus características climáticas y edáficas permite el desarrollo de cultivos sin riego. La demanda creciente en alimentos y fibras, el aumento de la superficie agrícola aparece como un proceso ineludible (Paruelo et al., 2005). Por lo mencionado, es imperativo usar la tierra y el recurso hídrico de la manera más eficiente, por ejemplo considerando las ventajas naturales de determinadas regiones en las que el suelo y el clima permiten la producción de secano. Pese a esto, a escala mundial se le ha prestado insuficiente atención al potencial de crecimiento de la producción de esas áreas a fin de satisfacer la demanda de alimentos. Por lo general la mayor parte de la atención está dirigida a la posible extensión de las áreas bajo riego y en ocasiones particulares, aprovechando ciclos climáticos más húmedos de regiones semiáridas. Sin embargo el incremento de los rendimientos de los cultivos de cereales en condiciones de secano, en los países con regiones templadas como la República Argentina, sumado a mejores técnicas de fertilización y laboreo pueden mejorar la producción (Kijne, 2003)

Spatial crop yield estimation based on remotely sensed stress index

The improvement of methods to evaluate the real impact of soil moisture availability on crop systems is crucial because the importance for world economy and food production. The relationship between the remote sensed stress index TVDI, root-zone soil moisture and soybean yield was analyzed in a sandy region of Argentine Pampas. High correlation (R2 =0.68) between TVDI and soybean yield was observed. The obtained adjustment allows us to evaluate the spatial variability of yield during a humid and dry period 2-3 months before harvest. Since the method requires remote sensed data, it could be applied over areas with poor data coverage

Spatial crop yield estimation based on remotely sensed stress index

The improvement of methods to evaluate the real impact of soil moisture availability on crop systems is crucial because the importance for world economy and food production. The relationship between the remote sensed stress index TVDI, root-zone soil moisture and soybean yield was analyzed in a sandy region of Argentine Pampas. High correlation (R2 =0.68) between TVDI and soybean yield was observed. The obtained adjustment allows us to evaluate the spatial variability of yield during a humid and dry period 2-3 months before harvest. Since the method requires remote sensed data, it could be applied over areas with poor data coverage

Evaporation process study through in situ and remote sensing data at Tres Quebradas Salt flat

[ES] El cálculo de la evaporación (Ev) es un proceso fundamental en la planificación de inversión en minería no metálica en salares. Disponer de estimaciones confiables de la evaporación permite disminuir una de las principales incertidumbres que poseen los modelos de flujo en este tipo de cuencas. El presente trabajo se centra en el cálculo de la Ev en el salar Tres Quebradas, ubicado en la provincia de Catamarca (Argentina), utilizando el modelo de Priestley-Taylor con datos de satélite. La zona de estudio comprende las lagunas Tres Quebradas y Verde, y una zona central de evaporitas. Para los cálculos se utilizan datos de satélite (CERES y OLI-Landsat 8), información meteorológica, medidas de densidad de salmueras, medidas de Ev en Tanque tipo A y firmas espectrales. Se estimó la Ev en las lagunas del salar y se validó con medidas directas de Ev en Tanque. Complementariamente se estudió el control de la evaporación en las evaporitas a partir de una función dependiente de la profundidad del nivel freático. Los valores obtenidos de Ev fueron de 1302 mm año–1 y 1249 mm año–1 para las lagunas Tres Quebradas y Verde, respectivamente, similares a valores medidos en un Tanque tipo A. Para el caso de las zonas evaporitas se estimó un valor promedio anual de 152 mm año–1, regulado por el nivel freático. En resumen, se obtuvo un caudal promedio de pérdida de agua del sistema por evaporación de 1.31±0.32 m3 s–1, donde más del 80% corresponde a las lagunas y el resto a las evaporitas. Los resultados logrados son consistentes y serán utilizados como dato de entrada en el modelado numérico de flujo para la estimación de la reserva de salmuera de litio.[EN] The calculation of evaporation (Ev) is a fundamental process on the planning of investment for nonmetallic mining in salt flats. Dispose to reliable estimates of evaporation allows to reduce one of the main uncertainties of the flow models in this type of basin. This paper focuses on the calculation of Ev in the Tres Quebradas salt flat, Catamarca (Argentina), applying Priestley-Taylor model whit satellite data. Study area comprises the Tres Quebradas and Verde lagoons, and a central evaporite zone. Satellite data (CERES and OLI-Landsat 8), meteorological information, brine density measurements, evaporation measurements, and spectral signatures to calculations were used. The lagoons evaporation was estimated and by means of a Class A evaporation pan validated. The evaporation control in evaporite zones also was studied using a phreatic level function. Ev values of 1302 mm year–1 and 1249 mm year–1 for the Tres Quebradas and Verde lagoons were obtained, respectively, similar to Class A evaporation pan values measured. In the case of evaporite zones, an average annual value of 152 mm year–1 was estimated, regulated by the phreatic level. In summary, an average annual of system water loss by evaporation of 1.31±0.32 m3 s–1 was obtained, where more than 80% corresponds to the Tres Quebradas and Verde lagoons, and the rest to the central evaporite zone. The results achieved are consistent and will be used as input data in the numerical flow modeling to the estimation of the lithium brine reserve of the salt flats.El trabajo se realizó gracias a un convenio firmado entre el IHLLA (CONICET-UNCPBA-CIC) y la empresa Liex SA. Los autores además desean agradecer al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas y a la Comisión de Investigaciones Científicas de Buenos Aires por fomentar la aplicación de soluciones científicas a casos reales de interés productivo, al personal técnico de la empresa Liex S.A. por el aporte de información y el financiamiento de las investigaciones, y al Atmospheric Science Data Center de la NASA Langley Research Center por proveer los datos CERES. Además, se agradece a los revisores anónimos que contribuyeron para mejorar el documentoCarmona, F.; Rivas, RE.; Faramiñán, A.; Mancino, C.; Bayala, M.; Perez, W. (2019). Estudio del proceso de evaporación en el Salar Tres Quebradas por medio de medidas in situ y datos de satélite. Revista de Teledetección. 0(54):1-14. https://doi.org/10.4995/raet.2019.12264OJS114054Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith, M. 1998. FAO Irrigation and Drainage Paper. p. 56. Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. Food and Agricultural Organization of the United Nations, Rome. pp. 65.Allen, R.G., Tasumi, M., Trezza, R. 2007. Satellite-based energy balance for mapping evapotranspiration with internalized calibration (METRIC) - model. Journal of irrigation and drainage engineering. ASCE, 133(4), 380-394. https://doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-9437(2007)133:4(380)Anderson, M.C., Norman, J.M., Diak, G.R., Kustas, W.P., Mecikalski, J.R. 1997. A two-source time-integrated model for estimating surface fluxes using thermal infrared remote sensing. Remote sensing of environment, 60(2), 195-216. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(96)00215-5Bastiaanssen, W.G.M., Menenti, M., Feddes, R.A., Holtslag, A.A.M. 1998. A remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL): 1. Formulation. Journal of hydrology, 212- 213:198-212. https://doi.org/10.1016/S0022- 1694(98)00253-4Cardoso-Fernandes, J., Teodoro, A.C., Lima, A. 2019. Remote sensing data in lithium (Li) exploration: A new approach for the detection of Li-bearing pegmatites. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 76, 10-25. https://doi.org/10.1016/j.jag.2018.11.001Carmona, F., Rivas, R., Caselles, V. 2013. Estimate of the alpha parameter in an oat crop under rain-fed conditions. Hydrological Processes, 27(19), 2834- 2839. https://doi.org/10.1002/hyp.9415Carmona, F., Rivas, R., Caselles, V. 2015. Development of a general model to estimate the instantaneous, daily, and daytime net radiation with satellite data on clear-sky days. Remote Sensing of Environment. 171, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.10.003Carmona, F., Orte, P. F., Rivas, R., Wolfram, E., Kruse, E. (2018a). Development and Analysis of a New Solar Radiation Atlas for Argentina from GroundBased Measurements and CERES_SYN1deg data. 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