Comparative Analysis of METRIC Model and Atmometer Methods for Estimating Actual Evapotranspiration

Abstract

Accurate estimation of crop evapotranspiration (ET) is a key factor in agricultural water management including irrigated agriculture. The objective of this study was to compare ET estimated from the satellite-based remote sensing METRIC model to in situ atmometer readings. Atmometer readings were recorded from three sites in eastern South Dakota every morning between 8:15 and 8:30 AM for the duration of the 2016 growing season. Seven corresponding clear sky images from Landsat 7 and Landsat 8 (Path 29, Row 29) were processed and used for comparison. Three corn fields in three sites were used to compare actual evapotranspiration (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>). The results showed a good relationship between<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>estimated by the METRIC model (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>-METRIC) and<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>estimated with atmometer (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>-atm) (<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn fontstyle="italic">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math>= 0.87, index of agreement of 0.84, and RMSE = 0.65 mm day −1 ). However,<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>-atm values were consistently lower than<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>-METRIC values. The differences in daily<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ET</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>a</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>between the two methods increase with high wind speed values (&gt;4 m s −1 ). Results from this study are useful for improving irrigation water management at local and field scales.