Validatie

Validatie resultaten Cabauw en Loobos

De resultaten van de evaluatie zijn beschikbaar via meteobase.nl maar ook hier: pdf .

Proof of concept (POC)

Introductie en samenvatting

De Proof of Concept (POC) van de operationele GLEAM-HR dataservice voor het Waterschapshuis omvatte een historische run en validatie van het GLEAM-HR verdampings product. Tijdens de validatiebijeenkomst met het Waterschapshuis en VanderSat (nu Planet) is besloten om voor de validatie gegevens van de SBIR over een periode van 4 jaar (2012-2015) te gebruiken. De dagelijkse verdamping is vergeleken met eddy covariantie metingen van meetstation Cabauw (grasland) en van Loobos (bosgebied). Meerdere validatie indicatoren zijn bepaald om uitspraken te kunnen doen over de kwaliteit van de resultaten: correlatiecoëfficiënt, Nash-Sutcliffe, systematische fout, unbiased RMSE en RMSE. Daarnaast hebben we ook gegevens verwerkt van een validatie studie van de Universiteit Gent waarin metingen in Duitsland en België zijn gebruikt.

Uit deze validatie blijkt dat GLEAM-HR verdamping een sterke correlatie heeft met de gras metingen van Cabauw, met een Pearson correlatiecoefficient (R) van 0.94 (N-S=0.76) en een hoge nauwkeurigheid (ubRMSE=0.44mm en RMSE=0.62mm). GLEAM-HR onderschat de verdamping gemiddeld met 0.43 mm (bias). De nauwkeurigheid bij GLEAM-HR tussen bewolkte en onbewolkte dagen zijn vergelijkbaar, met een ubRMSE van 0.48 mm voor bewolkte dagen en 0.49 mm voor onbewolkte dagen. Voor de meetlocatie bij Loobos ligt de correlatie van GLEAM-HR verdamping met de metingen rond de 0.84 (N-S=0.65). De nauwkeurigheid (RMSE en ubRMSE) is 0.61 mm en de systematische afwijking (bias) is verwaarloosbaar. Ook op deze locatie is het verschil tussen de nauwkeurigheid op bewolkte en onbewolkte dagen zeer klein.

De resultaten van een soortgelijke validatiestudie door Universiteit Gent (Martens et al., 2018) met eddy covariantie metingen in België en Duitsland laten een vergelijkbaar resultaat zien, met hoge correlaties boven gras en gewassen (R=0.9) en lagere waarden boven bosgebied (R=0.75). Ook de gevonden nauwkeurigheid was vergelijkbaar, met een RMSE variërend van 0.4 tot 0.7 mm.

Gebruikte gegevens

GLEAM-HR

In de validatie is gebruik gemaakt van de hoge resolutie versie van GLEAM (GLEAM-HR). De configuratie en invoerdata zijn gelijk aan die voor SBIR (zie SBIR documentatie).

Validatie Data

Voor de validatie van het verdampingsproduct van GLEAM-HR is gebruik gemaakt van meerjarige eddy covariantie metingen van twee betrouwbare meetstations in Nederland Cabauw(Nl-Ca1) en Loobos (Nl-Loo). De meetdata zijn verkregen via het internationale FLUXNET data netwerk (https://fluxnet.ornl.gov);

Het meetstation van Cabauw ligt op 4.927° OL en 51.971° NB en meet verdampingsfluxen boven een grasland. Voor de validatie maken we gebruik van de dagelijkse verdampingsobservaties tussen 2012 en 2014. Het meetstation Loobos ligt op 5.744° OL en 52.167° NB en meet de fluxen boven een naaldbos. Voor deze locatie hebben we dagelijkse verdampingsdata beschikbaar voor de periode 2012-2015.

Naast deze metingen hebben we ook gebruik gemaakt van de resultaten van de validatiestudie van Martens et al., 2018. Daarin zijn GLEAM-HR resultaten vergeleken met eddy covariantie metingen in Belgie en Duitsland uit het FLUXNET Netwerk (Baldocchi et al., 2001). In Duitsland is gebruik gemaakt van data afkomstig van een grasland locatie (DE-RuR 50.62 Lat, 6.30 Lon, Brochard et al., 2015) en van een locatie met landbouwgewassen (De-RuS, 50.87 Lat, 6.45 Lon, Eder et al., 2015). In België is gebruik gemaakt van een locatie in een bosgebied (BE-Bra, 51.31 Lat, 4.52 Lon, Carrara et al., 2004).

Resultaten

De GLEAM-HR verdamping van Cabauw (gras) is vergeleken met de verdamping bij Loobos (bos). Wat direct opvalt is het sterke seizoenseffect in beide signalen. Daarnaast is de verdamping van Loobos significant hoger in de winter. Dit komt door de interceptieverdamping, die ook in de wintermaanden nog heel hoog kan zijn.

Figuur 1: Tijdseries van verdamping boven Loobos en Cabauw voor 2014. Door neerslag interceptie heeft Loobos een veel hogere verdamping in de winter.

De resultaten van beide validatiestudies zijn samengevat in Tabel 1.

Tabel 1: Resultaten van de validatie van GLEAM-HR met metingen voor Cabauw en Loobos en van de validatiestudie van Martens et al.(2018).

Locatie	R(Pearson)	Nash-Sutcliffe	RMSE (mm)	Bias (mm)	ubRMSE (mm)
Cabauw	0.94	0.76	0.62	-0.44	0.44
Loobos	0.84	0.65	0.61	-0.04	0.61
DE-RuR*	0.90				0.51
DE-RuS*	0.90				0.54
BE-Bra*	0.75				0.62

Referenties

Baldocchi, D.; Falge, E.; Gu, L.H.; Olson, R.; Hollinger, D.; Running, S.; Anthoni, P.; Bernhofer, C.; Davis, K.; Evans, R.; Fuentes, J.; Goldstein, A.; Katul, G.; Law, B.; Lee, X.H.; Malhi, Y.; Meyers, T.; Munger, W.; Oechel, W.; Pilegaard, K.; Schmid, H.P.; Valentini, R.; Verma, S.; Vesala, T.; Wilson, K.; Wofsy, S. FLUXNET: A new tool to study the temporal and spatial variability of ecosystem-scale carbon dioxide, water vapor, and energy flux densities. B. Am . Meteorol. Soc. 2001, 82, 2415–2434.

Borchard, N.; Schirrmann, M.; von Hebel, C.; Schmidt, M.; Baatz, R.; Firbank, L.; Vereecken, H.; Herbst, M. Spatio-temporal drivers of soil and ecosystem carbon fluxes at field scale in an upland grassland in Germany. Agric. Ecosyst. Environ. 2015, 211, 84–93.

Carrara, A.; Janssens, I.A.; Curiel Yuste, J.; Ceulemans, R. Seasonal changes in photosynthesis, respiration and NEE of a mixed temperate forest. Agr. Forest Meteorol. 2004, 126, 15–31.

Eder, F.; Schmidt, M.; Damian, T.; Tra"aumer, K.; Mauder, M. Mesoscale eddies affect near-surface turbulent exchange: Evidence from lidar and tower measurements. J. Appl. Meteorol. Climatol. 2015, 54, 189–206.

Martens, B., de Jeu, R., Verhoest, N., Schuurmans, H., Kleijer, J., & Miralles, D. (2018). Towards Estimating Land Evaporation at Field Scales Using GLEAM. Remote Sensing, 10(11), 1720.

VanderSat (2017) Een Satelliet gebaseerde oplossing voor het verkrijgen van actuele verdamping onder bewolkte condities (GLEAM-HR). Eindrapportage SBIR Fase 2, 20 pp.