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Spatially distributed model calibration of a highly managed hydrological system using remote sensing-derived ET data

Becker, Rike und Koppa, Akash und Schulz, Stephan und Usman, Muhammad und aus der Beek, Tim und Schüth, Christoph (2019) Spatially distributed model calibration of a highly managed hydrological system using remote sensing-derived ET data. Journal of Hydrology, 577, -123944. Elsevier. doi: 10.1016/j.jhydrol.2019.123944. ISSN 0022-1694.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002216941930664X

Kurzfassung

Calibrating a spatially distributed hydrological model of a region with complex and highly diverse agricultural settings is a difficult task. It becomes even more challenging, if major parts of the hydrology are human controlled, e.g. through irrigation agriculture. In this study, a Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was set up and calibrated for an entirely managed meso-scale irrigation scheme, where irrigation channels are the only water-courses and no natural streams exist. An automated and spatially distributed model calibration was applied, implementing the global Dynamically Dimensioned Search Algorithm (DDS), and using Kling-Gupta Efficiency (KGE) as objective function. To account for the spatio-temporal heterogeneity of water balance fluxes in the calibration process, remote sensing-derived evapotranspiration (ET) estimates with a spatial resolution of 1 km × 1 km, were used as observational data. Results showed that the automated and spatially distributed model calibration was able to increase the model ET simulation performance from 0.04 to 0.27 KGE. However, a strong land-use dependent goodness-of-fit, ranging from approx. −0.60 KGE to 0.60 KGE for individual land-use types, revealed that the information, extracted from remote sensing-derived ET estimates used in this study, is lacking the necessary spatial heterogeneity. An unsatisfactory spatial comparison between simulated ET and ET derived from remote sensing estimates showed to inhibit better calibration results for the study area, which is characterized by small-scale and diverse cropping patterns. Using a modified remote sensing-derived ET product, which accounts for land-use class dependent ET characteristics, improved the overall calibration results to 0.40 KGE. A cross-validation could indicate a successful application of this automated and spatially distributed model calibration approach, using the modified ET product.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/132492/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Spatially distributed model calibration of a highly managed hydrological system using remote sensing-derived ET data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Becker, RikeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koppa, AkashNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schulz, Stephanschulz (at) geo.tu-darmstadt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Usman, Muhammadmuhammad.usman (at) uni-wuerzburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
aus der Beek, TimNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schüth, ChristophNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2019
Erschienen in:Journal of Hydrology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:577
DOI:10.1016/j.jhydrol.2019.123944
Seitenbereich:-123944
Verlag:Elsevier
ISSN:0022-1694
Status:veröffentlicht
Stichwörter:SWAT, Hydrological model, SEBAL, Calibration, DDS, Evapotranspiration
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Geowissenschaftl. Fernerkundungs- und GIS-Verfahren
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum
Hinterlegt von: Wöhrl, Monika
Hinterlegt am:09 Dez 2019 13:37
Letzte Änderung:09 Dez 2019 13:37

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