Spatiotemporal evolution of land surface temperature of Lake Oubeira catchment, northeastern Algeria

• Autorzy: Rezzag Bara Chouaib , Djidel Mohamed , Medjani Fethi , Labar Sofiane

Identyfikatory

DOI

10.2478/jwld-2019-0073

Warianty tytułu

PL

Przestrzenne i czasowe zmiany temperatury powierzchni ziemi w zlewni jeziora Oubeira w północnowschodniej Algierii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The difficulties of access and detailed measurements of land surface temperature (LST) and water surface temperature (WST) especially in wetlands made the use of remote sensing data as one of the sources and techniques to estimate many climate elements including surface temperature and surface emissivity (ɛ). This study aims to estimate the surface temperature of the wetland of Lake Oubeira located in northeastern Algeria and their spatiotemporal evolution in both land and water. Landsat OLI-TIRS images in two dates (April and September 2016) obtained from the USGS have been used in this work, and forms the basis of a series of operations to obtain the final LST: development of the normalized difference vegetation index (NDVI), conversion of the digital number (DN) of the thermal infrared band (TIR) into spectral radiance as well as the calculation of the effective luminosity temperature of the sensor from the spectral radiation and surface emissivity (ɛ). The results show that the LST varies in space and time (from 16 to 31°C in April and from 24 to 41°C in September). This implies that the absorption of the equilibrium temperature at land cover depends on the optical properties of the surface, which are essentially determined by its water content, colour and morphology. At the same time, the water surface is the lowest land cover temperature, which also has a spatial variation (from 19 to 25°C in April and from 26 to 34.5°C in September) induced by atmospheric temperature, wind direction and speed and the depth of the lake.

PL

Trudności w dostępie do badanych obszarów i w wykonaniu szczegółowych pomiarów temperatury powierzchni ziemi (LST) i wody (WST), szczególnie w środowiskach podmokłych, sprawiają, że dane pozyskane metodą teledetekcji są źródłem informacji do szacowania elementów klimatu takich jak temperatura powierzchni i emisyjność (ɛ). Celem przedstawionych badań było określenie temperatury powierzchni siedlisk podmokłych jeziora Oubeira w północnowschodniej Algierii i jej zmian zarówno na ziemi, jak i w wodzie. W pracy wykorzystano obrazy Landsat OLI-TIRS z dwóch terminów (kwiecień i wrzesień 2016 r.) uzyskane z United States Geological Survey (USGS). Stanowiły one podstawę działań zmierzających do uzyskania końcowej temperatury LST – uzyskanie znormalizowanego różnicowego wskaźnika wegetacji (NDVI), konwersję numeru DN termicznego pasma podczerwieni (TIR) do spektralnej radiancji oraz obliczenie efektywnej temperatury barwowej sensora ze spektralnego promieniowania i emisyjności powierzchniowej (ɛ). Wyniki wskazują, że LST zmienia się w czasie i w przestrzeni (od 16 do 31°C w kwietniu i od 24 do 41°C we wrześniu). Oznacza to, że absorpcja temperatury przez pokrycie powierzchni ziemi zależy od optycznych właściwości powierzchni, które są określone przez zawartość wody, barwę i morfologię. Najniższą temperaturę wykazuje powierzchnia wody. Temperatura wody także ulega zmianom (od 19 do 25°C w kwietniu i od 26 do 34.5°C we wrześniu), wywołanym przez temperaturę powietrza, kierunek i prędkość wiatru oraz głębokość jeziora.

Słowa kluczowe

EN

emissivity; lake basin; land surface temperature (LST); normalized different vegetation index (NDVI); SEBAL; water surface temperature (WST)

PL

emisyjność; model SEBAL; temperatura powierzchni wody (WST); temperatura powierzchni ziemi (LST); zlewnia jeziora; znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji (NDVI)

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 43
• Strony: 151--157
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rezzag Bara Chouaib

• University Kasdi Merbah Ouargla, Geology of the Sahara Laboratory, Ouargla, Algeria

autor

Djidel Mohamed

• University Kasdi Merbah Ouargla, Geology of the Sahara Laboratory, BP 511, 30000 Ouargla, Algeria

autor

Medjani Fethi

• University Kasdi Merbah Ouargla, Geology of the Sahara Laboratory, Ouargla, Algeria

autor

Labar Sofiane

• University Chadli Bendjedid El-Tarf, Faculty of Natural and Life Sciences, El-Tarf, REDD Laboratory, Annaba, Algeria

Bibliografia

• ALAYAT H., KHERICI N., LAMOUROUX C. 2009. Evolution Spatiale De L’envasement Du Lac Oubeira Impose Par L’erosion (extreme Ne Algerien) [Space evolution of the silting of Oubeira Lake imposed by erosion (extreme Ne Algerian)]. Le Journal de l'Eau et de l'Environnement. Vol. 8. No. 15 p. 28–42.
• 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. Vol. 133 p. 380–394.
• ALLEN R.G., TREZZA R., TASUMI M. 2002. SEBAL Surface energy balance algorithms for land. Idaho Implementation. Advance training and user’s manual, version 1.0. Kimberly. The Idaho Department of Water Resources pp. 98.
• BARSI J.A., SCHOTT J.R., HOOK S.J., RAQUENO N.G., MARKHAM B.L., RADOCINSKI R.G. 2014. Landsat-8 thermal infrared sensor (TIRS) vicarious radiometric calibration. Remote Sensing. Vol. 6 (11) p. 11607–11626. DOI 10.3390/rs61111607.
• BASTIAANSEEN W.G.M. 2000. SEBAL-based sensible and latent heat fluxes in the irrigated Gediz Basin, Turkey. Journal of Hydrology. Vol. 229. Iss. 1–2 p. 87–100. DOI 10.1016/S0022-1694(99)00202-4.
• BASTIAANSSEN W.G.M., MENENTI M., FEDDES R.A., HOLSLAG A.A.M. 1998. Remote sensing surface energy balance algorithm for land (SEBAL) – Formulation. Journal of Hydrology. Vol. 212–213 p. 198–212.
• BOUCHEHED H., MIHOUBI M.K., DERDOUS O., DJEMILI L. 2017. Evaluation of potential dam break flood risks of the cascade dams Mexa and Bougous (El Taref, Algeria). Journal of Water and Land Development. No. 33 p. 39–45. DOI 10.1515/jwld-2017-0017.
• BOUGUERRA H., BOUANANI A., KHANCHOUL K., DERDOUS O., TACHI S.E. 2017. Mapping erosion prone areas in the Bouhamdane watershed (Algeria) using the Revised Universal Soil Loss Equation through GIS. Journal of Water and Land Development. No. 32 p. 13–23. DOI 10.1515/jwld-2017-0002.
• CAESSTEKER P. 2007. Statut des inventaires des zones humides dans la Région Méditerranéenne. Ver. 2.0. [Status of wetland inventories in the Mediterranean Region]. Centre de recherche pour la conservation des zones humides méditerranéennes, Fondation Tour du Valat, France pp. 268.
• DURAND DELGA M. 1969. Mise au point sur la structure du Nord-Est de la Berbérie [Update on the structure of the North-East of Berberia]. Service de publication, Carte géologique de l’Algérie Bulletin de la Société géologique de France, Paris (7), XIII pp. 131.
• FAOUR G., SHABAN A., JAQUET J. 2004. Apport de la bande infrarouge thermique du capteur Etm+ De Landsat-7 dans la détection de la pollution de l’eau de mer sur le littoral libanais [Contribution of the thermal infrared band of the Landsat-7 Etm+ sensor in the detection of seawater pollution on the Lebanese coast]. Télédétection. Vol. 4(2) p. 197–209.
• HUETE A.R. 1988. A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote Sensing of Environment. Vol. 25. Iss. 3 p. 295–309.
• JENSEN J.R. 2000. Remote sensing of the environment: An earth resources perspective. New Jersey, USA. Prentice-Hall, Upper Saddle River. ISBN 0-13-489733-1 pp. 544.
• JOLEAUD L. 1936. Etude géologique de la région de Bône-la Calle [Geological study of the Bône-la Calle region]. Bulletin du Service de la Carte Géologique de L’Algérie. 2é série. Stratigraphie – descriptions regionales. No. 12 pp. 199.
• LAOSUWAN T., UTTARUK Y. 2017. Carbon sequestration assessment of the orchards using satellite data. Journal of Ecological Engineering. Vol. 18(1) p. 11–17. DOI 10.12911/22998993/66257.
• MEHOR M., HAMIMED A., KHALDI A., SEDDINI A., ABDESSELAM B. 2009. Spatialisation de la température et des flux energetiques de surface à partir des données satellitaires Landsat ETM+ [Spatialization of temperature and surface energy flows from Landsat ETM+ satellite data]. Revue Francaise de Photogrammetrie et de Teledetection. Vol. 2(190) p. 15–27.
• MESSERER Y. 1999. Étude morphometrique et hydrologique du complexe lacustre d'El-Kala (cas du Lac Mellah et du Lac Oubeira) [Morphometric and hydrological study of the El-Kala lake complex (case of Lake Mellah and Lake Oubeira)]. Université d'Annaba Algérie pp. 119.
• METZ M., MITASOVA H., HARMON R.S. 2011. Efficient extraction of drainage networks from massive, radar-based elevation models with least cost path search. Hydrology and Earth System Sciences. Vol. 15 p. 667–678.
• MOLNÁR G. 2016. Analysis of Land Surface Temperature and NDVI distribution for Budapest using Landsat 7 ETM+ data. Acta Climatologica et Chorologica, Universitatis Szegediensis. T. 49–50 p. 49–61.
• MOUISSI S., ALAYAT H. 2016. Utilisation de l’Analyse en Composantes Principales (ACP) pour la caractérisation physico-chimique des eaux d’un ecosystème aquatique : Cas du Lac Oubéira (Extrême NE Algérien) [Use of the Principal Component Analysis (PCA) for physico-chemical characterization of an aquatic ecosystem waters: Case of Oubeira Lake (Extreme Northeastern Algeria)]. Journal of Materials and Environmental Science. Vol. 7(6) p. 2214–2220.
• PODSETCHINE V., SCHERNEWSKI G. 1999. The influence of spatial wind inhomogeneity on flow patterns in a small lake. Water Resources. Vol. 33(15) p. 3348–3356.
• RAOULT J.F. 1974. Géologie du centre de la chaîne numidique (Nord du constantinois, Algérie) [Geology of the centre of the numidic chain (Northern Constantine, Algeria)]. Thèse Sc. Mémoires de la Société géologique de France 121 N.S., LIII, pp. 163.
• REUTTER H., OLESEN F.S., FISCHER H. 1994. Distribution of the brightness temperature of land surfaces determined from A VHRR data. International Journal of Remote Sensing. Vol. 15 p. 95–104.
• SAIFOUNI A. 2009. État des lieux des zones humides et des oiseaux d'eau en Algérie [Status of wetlands and waterbirds in Algeria]. MSc Thesis. El Harrach, Alger. Ecole Nationale Supérieure Agronomique (E.N.S.A.) pp. 250.
• SIERRA-SOLER A., ADAMOWSKI J., QI Z., SAADAT H., PINGALE S. 2015. High accuracy Land Use Land Cover (LULC) maps for detecting agricultural drought effects in rainfed agro-ecosystems in central Mexico. Journal of Water and Land Development. No. 26 p. 19–35. DOI 10.1515/jwld-2015-0014.
• SINGH R.K., SENAY G.B., VELPURI N.M., BOHMS S., SCOTT R.L., VERDIN J.P. 2014. Actual evapotranspiration (water use) assessment of the Colorado River Basin at the Landsat resolution using the Operational Simplified Surface Energy Balance model. Remote Sensing. Vol. 6 p. 233–256. DOI 10.3390/rs6010233.
• UGUR A., GORDANA J. 2016. Algorithm for Automated Mapping of Land Surface Temperature Using LANDSAT 8 Satellite Data. Journal of Sensors. Article ID 1480307 p. 1–8. DOI10.1155/2016/1480307.
• USGS EROS Archive undated. What are the band designations for the Landsat satellites? [online]. [Access 30.12.2018]. Available at: https://www.usgs.gov/faqs/what-are-banddesignations-landsat-satellites?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products
• VILA J.M. 1980. La chaîne Alpine d’Algérie orientale et des confins Algérotunisiens [The Alpine chain of eastern Algeria and the Algerian-Tunisian borders]. PhD Thesis. Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), 2 t pp. 665.
• WENG Q., LU D., SCHUBRING J. 2004. Estimation of land surface temperature–vegetation abundance relationship for urban heat island studies. Remote Sensing of Environment. Vol. 89 p. 467–483. DOI 10.1016/j.rse.2003.11.005.
• WUKELIC G.E., GIBBONS D.E., MARTUCCI I.M., FOOTE H.P. 1989. Radiometric calibration of Landsat thematic mapper thermal band. Remote Sensing of Environment. Vol. 28 p. 339–347.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).