Исследование отслеживает «память» влажности почвы

Верхние 5 см почвы на всех континентах Земли содержат ничтожную долю планетарной воды — менее одной тысячной процента. Однако из-за своего положения на границе раздела суши и атмосферы эта крошечная влага играет ключевую роль в сельском хозяйстве, погоде и климате, и даже в распространении болезней.

Поведение и динамику этого резервуара влаги было сложно количественно оценить из-за трудоемкости измерений. Ситуация изменилась с запуском в 2015 году спутника NASA SMAP (Soil Moisture Active Passive), предназначенного для глобальных и частых измерений влажности верхнего слоя почвы. Анализ первого года данных SMAP принес значительные сюрпризы, которые помогут в моделировании климата, прогнозировании погоды и мониторинге сельского хозяйства.

Новые результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience. Наблюдения SMAP предоставляют беспрецедентно детальную информацию о количестве воды в верхних 5 см почвы, собираемую по всему миру каждые два-три дня. По словам лидера научной группы SMAP Дара Энтехаби, этот тонкий слой является ключевой частью глобального круговорота воды, энергии и углерода над континентами.

Испарение влаги с суши переносит огромное количество энергии между континентами и атмосферой. Влажность в самом верхнем слое почвы играет непропорционально важную роль в круговороте воды и значительную роль в смягчении климата на сезонных и годовых масштабах. Лучшее понимание этих циклов может повысить точность долгосрочных прогнозов погоды, что важно для сельского хозяйства. Некоторые федеральные агентства США уже используют данные SMAP для более точного прогнозирования засух и наводнений.

Одним из больших сюрпризов стало то, что верхний слой почвы сохраняет «память» о погодных аномалиях дольше, чем предсказывала теория. Эффекты от необычно высокого или низкого количества осадков сохраняются в среднем около трех дней, а не несколько часов. В среднем, около одной седьмой части выпавшего дождя все еще присутствует в почве через три дня, причем эта устойчивость наибольшая в самых засушливых регионах.

Данные также показывают значительный эффект обратной связи, усиливающий как засухи, так и наводнения. Когда влага испаряется из влажной почвы, она охлаждает ее. Если почва становится слишком сухой, это охлаждение уменьшается, что может привести к более жаркой погоде и волнам тепла, продлевающим и углубляющим засуху. «Об этом эффекте спекулировали, но его не наблюдали напрямую», — отмечает Энтехаби.

Миссия SMAP также предоставляет образовательные возможности для проверки спутниковых данных. С минимальным оборудованием студенты могут участвовать в сборе данных «золотого стандарта», например, взвешивая образец почвы до и после высушивания. «Учащиеся могут проводить измерения "золотого стандарта", и для этого нужны лишь кухонные весы и духовка», — говорит Энтехаби.