Et spring fremad med hensyn til at estimere afgrødernes vandforbrug

For at bevare og håndtere ferskvand, især i tørre områder som Saudi-Arabien, det er vigtigt at forstå, hvordan vandet bruges hver dag. KAUST-forskere bruger data indsamlet af satellitter i skoæskestørrelse, eller CubeSats, for at lære mere om det daglige vandforbrug i landbruget.

Det anslås, at 90 procent af Saudi-Arabiens ferskvandsforsyninger bruges til kunstvanding, men meget af dette kommer fra uholdbare grundvandsmagasiner. Imidlertid, Det er utroligt svært at holde styr på vandstrømmene, og der er ingen skøn, der sporer landbrugsforbruget efter område over tid.

"Mit arbejde har til formål at estimere mængden af ​​vand, der bruges af afgrøder ved hjælp af satellitbilleder og let tilgængelige vejrdata, " siger Bruno Aragon, på KAUSTs Vandafsaltnings- og genbrugscenter, som udførte forskningen med kolleger på Planet og NASA's Jet Propulsion Laboratory i USA, under opsyn af KAUSTs Matthew McCabe. "Ved brug af computermodelleringsteknikker, vi kan så estimere transpiration fra planter - det vand, som planter bruger til både at vokse og holde køligt - og jordfordampning, vandet tabt til atmosfæren fra jorden."

CubeSats leverer næsten daglige data ved 3 meter pixel opløsning, næsten 100 gange niveauet af rumlige detaljer i andre satellitdata, som dem indsamlet af Landsat 8. Bygger på deres tidligere arbejde, i dette projekt indsamlede holdet CubeSat-data, der dækker et lille område med kunstvandede majsmarker i Saudi-Arabien. De brugte derefter et maskinlæringsprogram til at korrigere billederne for atmosfærisk variabilitet og bringe dem op til forskningsstandarder.

Forskerne satte billederne ind i Priestley-Taylor Jet Propulsion Laboratory-modellen, en eksisterende model til måling af evapotranspiration. Aragon modificerede også modellen til at inkorporere lokale miljødata, såsom jordvarme og fugt og lufttemperatur.

"Vi evaluerede modellens ydeevne med data indsamlet af udstyr på stedet på jorden, " siger Aragon. "Vores CubeSat-baserede model gav et godt skøn over vandforbruget, svarende til andre satellitbaserede genfindinger. Vores teknik har den klare fordel af stærkt forbedret opløsning og detaljer. Opløsningen og næsten daglige genfindinger giver mulighed for påvisning af specifikke hændelser i afgrødeudvikling, reducerer risikoen for at gå glip af vigtige ændringer i individuelle felter markant."

Holdet planlægger at forbedre deres teknik yderligere. Bedre skøn over jordfugtighed kunne komme fra at tilføje termisk eller mikrobølge billedteknologi til CubeSats, for eksempel, og andre vigtige data for at inkludere afgrødetype, højde og vegetationsbiomasse - som alle påvirker mængden af ​​vand, der er nødvendig på et givet tidspunkt.

Aragon besøger snart Jet Propulsion Laboratory i Californien, forsker i modelforbedringer til vegetationsovervågning som en del af et projekt knyttet til NASA's ECOSTRESS-sensor, som for nylig blev installeret på den internationale rumstation.

"ECOSTRESS-missionen har til formål at spore biosfærens reaktion på ændringer i vandtilgængeligheden på et dagligt niveau:med andre ord, det sporer global plantestress i løbet af dagen, " siger Aragon. "Jeg forventer at lære en hel del om denne placering, som vi kan anvende til vores arbejde med brug af afgrødevand."