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Item Actual evapotranspiration and energy balance estimation from vineyards using micro-meteorological data and machine learning modelingAutores: Fuentes, Sigfredo; Ortega-Farias, Samuel; Carrasco-Benavides, Marcos; Tongson, Eden; Viejo, Claudia GonzalezActual evapotranspiration (ETa) can be commonly estimated using numerical models based on i) weather and plant-based parameters, ii) from remotely sensed data and energy balance algorithms, and lately, iii) through the development and implementation of machine learning (ML) modeling techniques. In this work, supervised ML models were developed from a vineyard located in Talca, Chile, (i) to estimate actual evapotranspiration (ETa) (Model 1; M1) using the micrometeorological approach [Eddy Covariance; EC; sensible (H), latent (LE), soil heat fluxes (G) and net radiation (Rn)] and data from an automatic meteorological station (AMS) in reference conditions as ground-truth (inputs); (ii) to estimate energy balance components (Model 2; M2) from AMS data (inputs) and EC energy balance data as targets; (iii) to estimate ETa from the EC’s measured ETa data as target and thermal time data (degree hours; DH) calculated from air temperature with a base of 5 °C increments from 5 – 45 °C as inputs (Model 3; M3) and iv) to estimate energy balance components (targets from EC) from the same inputs of Model 3 (Model 4; M4). Results showed that the developed ML models had high accuracy and performance with no signs of over or under-fitting with a high correlation (R) and slope (b) close to unity (M1; R=0.94; b=0.89; M2; R=0.97; b=0.93; M3; R=0.97; b=0.89–0.95; M4; R=0.98; b=0.97). Furthermore, models were directly deployed over another vineyard located 22 km West of the modeled vineyard at 60 m lower over the sea level with significant performances and R values (R = 0.64–0.87; b = 0.66–1.00 for M1 to M4, respectively). These models could be used for precision irrigation to increase water use efficiency and better control canopy vigor, balance fruit and vegetative components, and ultimately improve berry and wine quality traits.Item Estimation of crop coefficients and water requirements for sustainable irrigation management of hazelnut and apple orchards in mediterranean climatesAutores: Fuente Sáiz, Daniel Alejandro De laAutor Institucional: Universidad de TalcaProfesor Guía: Ortega Farías, SamuelUna estimación precisa de la evapotranspiración real (ETa) y coeficientes de cultivo simple (Kc) es fundamental para optimizar las prácticas de riego en regiones con escasez hídrica, particularmente para la producción de frutales en climas mediterráneos semi-áridos. La presente investigación analiza la dinámica diaria y estacional de los componentes del balance de energía superficial (SEB) en dos sistemas productivos clave para la economía de Chile, como son los huertos de manzano y avellano europeo, empleando metodologías complementarias para abordar la estimación de ETa y Kc a pequeña y gran escala. Los sistemas Eddy Covariance (EC) proporcionan mediciones directas de los flujos de vapor de agua, calor y CO2, ofreciendo datos consistentes sobre las complejas interacciones dentro del ecosistema del huerto frutal. Sin embargo, lograr un buen cierre del balance de energía para obtener mediciones correctas de ETa y Kc puede ser desafiante dada la arquitectura desuniforme del dosel en este tipo de frutales. El presente estudio (Capítulo 2) analiza los componentes del SEB mediante una torre EC instalada sobre un huerto de avellano europeo cultivar 'Tonda di Giffoni' regado por goteo en Chile a lo largo de tres temporadas de crecimiento. Este estudio proporciona, por primera vez, una cuantificación detallada de la ETa diaria, Kc, así como los componentes del SEB para una optimización del riego en dicho frutal. Por otro lado, los modelos SEB basados en imágenes satelitales ofrecen una alternativa complementaria para la estimación de ETa y Kc en áreas más extensas. En el Capítulo 3 se analiza la aplicación de la versión calibrada del modelo METRIC en un huerto de manzanos 'Pink Lady' bajo condiciones mediterráneas durante tres temporadas agrícolas. La validación con datos de EC a escala de campo reveló ligeras sobreestimaciones por parte del modelo METRIC, pero los errores se mantuvieron dentro de márgenes aceptables (menos del 10%). Al combinar estos enfoques, el estudio proporciona en general información clave sobre la dinámica espacial y temporal del consumo hídrico en estos huertos frutales. Los resultados destacan la importancia de una evaluación precisa de ETa y Kc para la gestión sostenible del agua de riego. Los datos de EC ofrecen información esencial para optimizar la programación del riego y mejorar la eficiencia del uso del agua, especialmente considerando la variabilidad climática y la expansión potencial a nuevas regiones. Además, el modelo METRIC validado presenta una herramienta útil para la toma de decisiones de riego a gran escala en huertos con arquitectura de dosel compleja. En general, la presente investigación contribuye a mejorar las estrategias de riego para la producción sostenible de frutales cultivados en climas mediterráneos semiáridos donde información local sobre ETa y Kc es necesaria.Item Estimación de la evapotranspiración de un huerto de manzanos cv. Pink Lady utilizando imágenes satelitales Landsat 7Autores: De la Fuente Sáiz, Daniel AlejandroProfesor Guía: Ortega Farías, SamuelProfesor Informante: Carrasco Benavides, Marcos RodrigoSe realizó una investigación para validar el modelo METRIC (Mapping EvapoTranspiration at high Resolution with Internalized Calibration) en la estimación del consumo de agua o evapotranspiración real (ETa) de un huerto de Manzanos (Malus domestica cv. Pink Lady) ubicado en el valle de Pelarco, Región del Maule, Chile (Lat. 35º25´ S; Long 71º23´ O; 189 m.s.n.m). Para estimar ETa usando el modelo METRIC se utilizaron seis imágenes satelitales (Landsat 7 ETM+) adquiridas durante días con cielo despejado en la temporada 2012-2013. El desempeño del modelo METRIC se evaluó usando mediciones de ETa desde un sistema de Flujos Turbulentos (EC) a la hora del paso del satélite (11:30 h). El análisis estadístico indicó que el modelo METRIC sobrestimó la ETa en alrededor de un 17 % con un error cuadrático medio (RMSE) de 1,03 mm d-1, un error absoluto (MAE) de 0,96 mm d-1 y una eficiencia del 0,48. Los mayores errores del modelo METRIC fueron asociados a la selección de pixeles fríos (sectores con menor temperatura en la imagen), los que fueron difíciles de obtener para algunas imágenes satelitales. Palabras clave: percepción remota, METRIC,evapotranspiración, Pink Lady, Eddy covariance, balance de energía./ABSTRACT: A study was carried out to validate the METRIC (Mapping EvapoTranspiration at high Resolution with Internalized Calibration) model to estimate the water requirements or real evapotranspiration (ETa) for a drip-irrigated apple orchard which is located at Pelarco Valley, Maule Region, Chile (Lat. 35º25´ S; Long 71º23´ W; 189 m above mean sea level). For estimating ETa using the METRIC model, six satellite images (Landsat 7 ETM+) acquired during clear sky days were used for the 2012-2013 growing season. The performance of METRIC was evaluated using measurements of ETa from an eddy covariance system (EC) at the time of satellite overpass (11:30 h). The statistical analysis indicated that the METRIC model overestimated ETa values by about 17 % with a root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and index of agreement (d) of 1.03 mm d-1, 0.96 mm d-1 y 0.48, respectively. Main errors of the METRIC model were associated with the selection of the cold pixels (coldest spots in the image), which were difficult to obtain for some satellite images. Keywords: Remote sensing, METRIC, Evapotranspiration, Pink Lady, eddy covariance, energy balance.
