Новый спутниковый алгоритм точно определяет водопотребление сельскохозяйственных культур

Растущая угроза засухи и увеличение потребности в воде сделали точные прогнозы водопотребления сельхозкультур критически важными для управления водными ресурсами и устойчивого развития агросектора. Однако ограничения существующих моделей и спутниковых данных создают проблемы для точной оценки эвапотранспирации — комбинации испарения с почвы и транспирации растений.

Новая система высокодетального картографирования BESS-STAIR, разработанная исследователями из Центра инноваций в области передовой биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) Министерства энергетики США в Университете Иллинойса, обещает решить эту задачу в глобальном масштабе. Система объединяет спутниковую биогеофизическую модель, интегрирующую циклы воды, углерода и энергии у растений (Breathing Earth System Simulator, BESS), с автоматизированным алгоритмом слияния данных STAIR (SaTellite dAta IntegRation). Протестированная на 12 участках в Кукурузном поясе США, система показала наивысшую точность оценок среди всех существующих академических исследований.

Этот подход принципиально отличается от традиционных методов, которые полагаются на данные теплового излучения (температуру поверхности) и имеют два ключевых недостатка: невозможность сбора данных в облачные дни и невысокая точность самих температурных измерений. BESS-STAIR фокусируется на углеродно-водно-энергетических циклах растений, сначала оценивая фотосинтез, а затем — потоки углерода и воды. Кроме того, алгоритм STAIR объединяет данные двух комплементарных спутниковых систем — Landsat (высокое пространственное разрешение, съемка каждые 8-16 дней) и MODIS (ежедневный глобальный охват), что позволяет получать ежедневные данные с высоким пространственным разрешением (30 м) без пропусков из-за облачности.

«BESS-STAIR имеет большой потенциал стать надежным инструментом для управления водными ресурсами и задач точного земледелия как в Кукурузном поясе США, так и во всем мире, учитывая глобальный охват исходных данных», — заявил ведущий автор исследования, постдок CABBI Чонгья Цзян.

Как отметил руководитель проекта Кайю Гуань, в отличие от предыдущих методов, работавших лишь на небольших территориях и коротких периодах, новая система была оценена в разных регионах Кукурузного пояса за два десятилетия (2000–2017 гг.) и полностью автоматизирована. «Мы можем предоставлять ежедневные данные по эвапотранспирации с разрешением 30 м в любое время и в любом месте Кукурузного пояса США за считанные часы, что беспрецедентно».

Этот прорыв будет иметь практическую пользу для фермеров, сталкивающихся с учащением засух. «Эвапотранспирация очень важна для орошения и управления водными ресурсами. Это решение, которое выходит за рамки экспериментальных участков и воздействует на реальный мир, на миллионы полей повсюду», — подчеркнул Гуань. Исследование опубликовано в журнале Hydrology and Earth System Sciences.