Wetenschap - 15 februari 1996

FAO overschat waterbehoefte van irrigatieprojecten

FAO overschat waterbehoefte van irrigatieprojecten

Meteorologie gebruikt satelliet als verdampingsmeter

Het kwantificeren van de waterverdamping in irrigatiegebieden is tot nu toe een tijdrovende en kostbare aangelegenheid. Maar dr H.A.R. de Bruin van de vakgroep Meteorologie denkt dat die tijd voorbij is. De satelliet en de scintillometer blijken de behoefte aan en verdamping van water op een snelle en eenvoudige wijze in kaart te brengen. Natuurkunde voor de landbouwpraktijk.


Satellietbeelden leveren bergen gegevens op, maar kunnen ze ook geschikt gemaakt worden voor irrigatiegebieden, zodat op een eenvoudige manier de waterbehoefte te meten is? Met die vraag kwam de Europese Gemeenschap een aantal jaren geleden bij de vakgroep Meteorologie. Dr H.A.R. de Bruin, al jaren bezig met de interpretatie van satellietbeelden, had hier wel oren naar. Veel wetenschappelijke onderzoekers beperken zich tot het bestuderen van de ideale situaties en gaan dan weer over naar een volgend onderwerp. Hoe je de onderzoeksresultaten vervolgens operationeel maakt voor gebruikers interesseert hen niet, omdat het niet publiceerbaar is. Zo blijft een schat aan informatie ongebruikt liggen. Dat is doodzonde", motiveert De Bruin.

Zijn onderzoeksteam nam een droog gebied in Mexico als proeftuin. In een uitgestrekt irrigatiegebied van dertig bij veertig kilometer, waar boeren voornamelijk katoen telen, wordt de waterbehoefte geschat met een netwerk van weerstations, die puntsgewijs variabelen als temperatuur, windsnelheid en zonnestraling meten. Een netwerk dat veel onderhoud vergt en veel geld kost.

Als je de waterbehoefte met satellietbeelden zou kunnen schatten, heb je een veel goedkoper systeem in handen, dat bovendien adequater is. Tot nu toe zijn de beelden van GOES, de Amerikaanse satelliet die boven de evenaar hangt en om het half uur beelden uitzendt, vrij beschikbaar."

Voor het onderzoek werd eerst de werkelijke verdamping in het irrigatiegebied gemeten. Dit gebeurde met de zogenoemde Eddy-correlatiemeter. Deze registreert de vochtigheid en de snelheid waarmee de luchtwervel opstijgt en berekent daarmee de verdamping. Vervolgens onderzocht het onderzoeksteam of deze verdamping correleert met de gegevens die uit satellietbeelden zijn te halen. Satellietbeelden registreren het gereflecteerde licht dat van de aarde afkomt. Als er een pakket dichte wolken rondom de aardbol hangt, meet de satelliet een hoge reflectie; als er weinig wolken zijn een lage. Op dat moment valt er relatief veel zonnestraling op het aardoppervlak en is de verdamping groot.

Eenvoud

Wat blijkt? De zonnestraling die de satelliet indirect registreert, komt sterk overeen met de verdamping die de Eddy-correlatiemeter registreert in de geirrigeerde gebieden. Satellietbeelden kunnen dus prima gebruikt worden om de waterbehoefte te meten. Voor andere doeleinden zitten de wolken juist in de weg, maar voor deze toepassing niet. De satellietbeelden hebben de charme van eenvoud. De foutenmarge is nog vrij groot, maar beter kan gewoon niet", aldus De Bruin.

Het afgelopen jaar is het Wagenings onderzoeksteam bezig geweest met de installatie van een softwareprogramma dat de gegevens van de satelliet direct omzet in bruikbare informatie. Met een paar drukken op de knop kunnen de medewerkers van de weerstations nu de waterbehoefte inschatten.

Maar de onderzoekers ontdekten nog iets anders. De Eddy-correlatiemeter gaf in het Mexicaanse irrigatiegebied een veel lagere verdamping te zien dan door de meetstations werd geschat. Wij kwamen dertig tot veertig procent lager uit. Het betekent dat een belangrijk deel van het water onbenut de grond in gaat", aldus De Bruin. Het zijn eerste bevindingen, maar de meteoroloog is ervan overtuigd dat zijn gegevens kloppen. De Eddy-correlatiemeter registreert de werkelijke verdamping, terwijl de meetstations een schattingsmethode gebruiken die wereldwijd door de wereldvoedselorganisatie FAO wordt geadviseerd. De FAO-methode blijkt er in irrigatiegebieden van deze omvang flink naast te zitten."

Microklimaat

Volgens De Bruin komt dat doordat de FAO-methode uitgaat van een te hoge temperatuur en een te lage luchtvochtigheid. Die methode is prima te gebruiken voor kleine irrigatiegebieden, maar in grote aaneengesloten irrigatiegebieden ontstaat een microklimaat waarin de lucht verzadigd raakt met vocht en de temperatuur lager wordt. In werkelijkheid verdampt er daardoor lang niet zoveel water. De FAO-methode ziet dat over het hoofd."

Hij merkt op dat deze resultaten overeenkomen met de metingen in irrigatiegebieden in de Chinese Gobi-woestijn, waar de verdamping eveneens met de Eddy-correlatiemethode gemeten werd. Dat lijkt me zeer relevant voor de planning van nieuwe gebieden. Het aantal irrigatiegebieden in de wereld neemt nog steeds dramatisch toe. In Marokko worden gebieden ter grootte van Nederland gepland. Waarschijnlijk kunnen daarbij heel wat stuwmeren worden bespaard."

Ondertussen ontwikkelt het onderzoeksteam van De Bruin nog een andere methode om de waterverdamping beter te kunnen kwantificeren. Dit keer niet in Mexico, maar op het Griekse eiland Kreta. Waar de Eddy-correlatiemeter de werkelijke verdamping puntsgewijs meet, kan het nieuwe systeem de verdamping boven een hele vallei meten. Het gaat om een scintillometer. Dit apparaat meet de verticale warmtestroom boven een oppervlak. Dat zie je ook op warme dagen boven asfalt. Het lijkt net of het asfalt verdampt, maar het is een hete-luchtstroming. De theorie van de scintillometer komt in feite uit de sterrenkunde, die erg veel hinder heeft van deze luchtflikkering: het fonkelen van de sterren. Het vertroebelt het beeld."

Spiegeltelescopen

De scintillometer bestaat uit twee spiegeltelescopen met een diameter van vijftien centimeter. De een zendt licht uit, de ander vangt het op een afstand van vijf kilometer op. Aan de variatie in lichtintensiteit die aan de andere kant wordt opgevangen, is de hete luchtstroming te bepalen: hoe meer hete lucht, hoe geringer de verdamping. De som van deze twee variabelen, die afhankelijk is van de hoeveelheid zonne-energie, blijft namelijk altijd gelijk.

Op deze manier kan de werkelijke verdamping in een bepaald gebied worden gemeten. Erg belangrijk in gebieden waar te veel water wordt afgetapt. Zo is op Kreta het grondwaterpeil de laatste jaren al dramatisch gedaald. Wij zagen met de scintillometer dat er vooral in september veel water wordt gebruikt. Door deze methode kan de overheid de boeren daarop wijzen." De Bruin denkt dat deze scintillometer ook kan worden gebruikt voor het verdrogingsprobleem in Noord-Brabant. Ook daar wordt teveel water gebruikt, zonder dat de overheid weet wie de gebruikers zijn.

De Bruin is heel tevreden over de tot nu toe behaalde resultaten. Je ziet dat natuurkunde nog een belangrijke bijdrage kan leveren aan de landbouwproblematiek. En ik weet zeker dat er nog veel meer mogelijk is. Als ik deze week in de kranten lees dat een team van meer dan honderd personen heeft ontdekt dat het kleinste deeltje, de quark, nog verder te ontleden is, dan denk ik: wat jammer dat de natuurkunde zo weinig aandacht krijgt. Natuurkunde is op zoveel terreinen toe te passen, terwijl ze zich daar focussen op iets dat niet tot meer inzicht leidt in de processen op aarde."

Re:ageer