Помогая спутникам быть точными, как дождь
В то время как вы читаете этот текст, спутник NASA находится на орбите Земли, собирая данные о влажности почвы. Влажность почвы действует как термостат для планеты. Она влияет не только на сельскохозяйственное производство, но и в значительной степени на погоду и климат. Её влияние настолько важно, что NASA отправило в космос специальный спутник для её измерения.
Солнечный свет, поглощаемый Землёй, может либо испарять влагу из почвы, либо, при её отсутствии, нагревать поверхность. Это влияет на количество влаги в воздухе и тепло, поглощаемое почвой, что, в свою очередь, меняет воздушные потоки, погоду и климат.
«Измерение влажности почвы сейчас является одним из наших главных приоритетов, потому что она влияет на очень многое», — говорит Майкл Кощ из Лаборатории гидрологии и дистанционного зондирования Службы сельскохозяйственных исследований в Белтсвилле, Мэриленд. «Влажность почвы влияет на наши культуры, погоду, наводнения, здоровье человека и даже определяет, смогут ли фермеры заехать на свои поля».
Влажность почвы — ключевой фактор риска наводнений. Вода впитывается в сухую почву, но стекает с насыщенной, вызывая паводки. Для сельского хозяйства этот параметр всегда критически важен. «Я слышал о растениях, выращиваемых без почвы, но никогда — без влаги», — отмечает Кощ.
Проблема в том, что существует множество методов и приборов для измерения влажности почвы, включая спутник NASA SMAP (Soil Moisture Active Passive). Кощ и его коллеги работают над обеспечением точности этих данных. Спутник SMAP изначально был рассчитан на активный (радар) и пассивный (радиометр) методы. После выхода из строя активного датчика в 2015 году миссия продолжается только с пассивным.
Спутник измеряет не влажность напрямую, а характеристики поверхности, и с помощью сложных уравнений оценивает влажность с некоторой погрешностью. Команда Коща помогает NASA снизить эти ошибки, сравнивая спутниковые данные с наземными измерениями «истинной» влажности. Эталонный метод включает взвешивание образца почвы до и после высушивания в печи.
«Сообщество, изучающее влажность почвы, работает над созданием стандартов для установки приборов и сбора данных, обсуждается создание национальной базы данных», — говорит Кощ. «Мы хотим, чтобы все говорили на одном языке».
Опыт, полученный при измерениях на Земле, может в будущем помочь в исследовании других планет. «Если мы направим спутник на другую планету, у нас будут знания, полученные в земных экспериментах, чтобы помочь интерпретировать данные», — поясняет учёный.
Исследование опубликовано в Vadose Zone Journal. Проект SMAP-MOISST в Оклахоме был создан совместно с Тайсоном Окснером из Университета штата Оклахома при финансировании NASA Terrestrial Hydrology Program.