Дистанционная модель влажности почвы может помочь фермерам
Глобальное сельское хозяйство может получить улучшенные инструменты для принятия решений благодаря усовершенствованию исследований по моделированию влажности почвы в Северной Алабаме, проводимых докторантом по атмосферным наукам в Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH). Модели показывают, сколько дополнительной влаги потребуется на заданной территории по сравнению с историческими данными для достижения различных урожаев, и могут помочь в оценке экономической целесообразности дорогостоящих инфраструктурных инвестиций, например, в ирригацию.
«Важно подчеркнуть, что это не прогнозная, а модель поддержки принятия решений. Она помогает фермерам и чиновникам принимать решения на основе исторических погодных паттернов», — говорит докторант Викалп Мишра. Модель использует спутниковые данные для определения количества влаги в почве, а затем оценивает урожайность на основе доступной влаги. Исследователи начинают с использования спутниковых оценок эвапотранспирации в тепловом инфракрасном диапазоне, чтобы определить количество влаги, транспирируемой растениями. Данные о влажности получают с геостационарных оперативных экологических спутников (GOES) и обрабатывают с помощью модели Atmosphere-Land Exchange Inverse (ALEXI), которая рассчитывает скорость эвапотранспирации.
«Как только мы получаем эту оценку влажности почвы, следующее — разделить полученные значения на поверхностные и значения корневой зоны», — объясняет Мишра. На эти значения влияет количество растительного покрова, которое оценивается с помощью спектрорадиометра MODIS. Далее с помощью принципа максимальной энтропии (POME) строится профиль влажности почвы, который затем вводится в программу Decision Support System for Agrotechnology Transfer (DSSAT) для моделирования урожайности в килограммах на гектар на основе доступной почвенной влаги.
Исследования Мишры в Северной Алабаме, проведенные совместно с Лабораторией гидрологии и дистанционного зондирования USDA, охватили площадь в 10 км². «Мы обнаружили, что наши измерения влажности почвы и расчетная урожайность культур были значительно сопоставимы с усредненными по округам данными по урожайности Национальной службы сельскохозяйственной статистики и результатами DSSAT, основанными на наземных данных об осадках», — говорит Мишра. Его текущая работа направлена на уточнение масштаба измерений со 100 км² до 1 км², чтобы результаты были более полезны для отдельных фермеров.
Эта работа может оказаться особенно ценной для фермеров и госслужащих в более засушливых регионах мира. «Основной импульс был — запустить эту модель в районах, где изначально мало осадков», — говорит соавтор Джеймс Круз из Центра наук о Земле UAH. Продолжающаяся работа по детализации измерений может привести к созданию онлайн-базы данных, которую фермеры в Алабаме и других регионах смогут использовать для принятия решений в условиях изменчивости годовых осадков.