Новый датчик влажности почвы отслеживает засуху в Аризоне и Мексике

Аспирант Университета штата Аризона Адам Шрайнер-МакГроу установил новый тип датчиков влажности почвы в четырёх различных экосистемах на юго-западе США и северо-западе Мексики. В течение второго года измерений эти зонды успешно отслеживали умеренную засуху в Аризоне и влияние более влажных, чем в среднем, условий во время прошлогоднего летнего муссона.

Эти данные имеют решающее значение для улучшения гидрологических моделей, используемых для оценки воздействия изменения климата и землепользования. Многие компоненты гидрологического цикла, такие как движение грунтовых вод или эвапотранспирация, трудно измерить напрямую, поэтому модели помогают оценить эти потоки. Шрайнер-МакГроу надеется, что данные с датчиков повысят точность моделей водосборных бассейнов.

Новые зонды, размером с человека и формой напоминающие космический челнок, называются космическими нейтронными зондами (cosmic-ray soil moisture sensors). Они являются частью проекта COSMOS (Cosmic-Ray Soil Moisture Observing System), поддерживаемого Национальным научным фондом США. Датчики измеряют плотность «быстрых нейтронов», возникающих при столкновении космических лучей с атмосферой; эта плотность обратно пропорциональна количеству водорода в почвенной влаге. Метод даёт усреднённое значение влажности на площади в несколько сотен квадратных метров, заполняя пробел между точечными измерениями традиционными датчиками и крупномасштабными спутниковыми оценками.

«В настоящее время мы получаем данные в реальном времени с трёх участков в сельской местности, каждый из которых подвергся антропогенному изменению земного покрова», — объясняет Шрайнер-МакГроу. Два участка в США затронуты экспансией древесной растительности на исторические пастбища, а участок в Мексике, наоборот, был расчищен от деревьев для выпаса скота. Учёный исследует влияние этих изменений на круговорот воды, функционирование экосистем и эрозию почв.

Недавно был установлен первый такой датчик в городских условиях — в районе Мэривейл в Фениксе. «Мы обнаружили, что скорость счёта нейтронов в городской среде значительно ниже и стабильнее, чем в сельской местности. Это указывает на более высокую и менее изменчивую влажность почвы, вероятно, из-за обильного полива в Фениксе», — отмечает исследователь. Сеть подобных датчиков в мегаполисе могла бы помочь количественно оценить использование воды для орошения на промежуточном масштабе, что сейчас сделать крайне сложно.

«Надеюсь, интеграция этих данных в гидрологические модели улучшит нашу способность прогнозировать изменения в гидрологическом цикле», — заключает Шрайнер-МакГроу.