• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Naturen
    Forskare använder drönare för att övervaka vattenflöden i marken

    Färgerna på värmebilden visar de olika yttemperaturerna – ju ljusare färg, desto varmare. Ytorna är kallare där vatten finns tillgängligt för växter och kan avdunsta. Kredit:HyWa/BOKU

    I åtta år, ett område i Luxemburg som mäter cirka 300 kvadratkilometer var under särskild övervakning. Forskargrupper från hela Europa analyserade Attertälvens avrinningsområde, drönare flög över den med värmekameror, och satelliter mätte strålningen. Under tiden, forskargrupper var på fälten och bestämde jordens sammansättning. Data användes sedan för utarbetade datormodelleringsberäkningar. Syftet med dessa ansträngningar var att lösa ett mysterium som har fascinerat människor sedan jordbrukets början:Hur flyter vatten på jordens yta och i marken?

    Denna fråga är inte bara relevant för jordbruket, det är också centralt för att förstå effekterna av klimatförändringar eller förutsäga konsekvenserna av naturkatastrofer. Från och med nu, kunskapen är ofullständig och faktorer som växtlighet ökar situationens komplexitet. Att ta tag i denna komplexitet var målet för det internationella projektet CAOS, förkortning för Catchments as Organized Systems, som involverade forskargrupper från Österrike, Tyskland och Luxemburg. En del av projektet genomfördes under överinseende av hydrologen Karsten Schulz från University of Natural Resources and Applied Life Sciences i Wien och finansierades av den österrikiska vetenskapsfonden FWF. Använda nya metoder för sina undersökningar, Wiengruppen fokuserade särskilt på analys av värmebilder tagna av drönare och satelliter.

    Ojämn data

    Så här förklarar Schulz utmaningarna med att förstå vattenflöden på jordens yta:"Först av allt finns det nederbörd, vilket kanske är den svåraste komponenten eftersom, för att vara helt ärlig, vi vet inte exakt hur mycket regn som faktiskt faller." Det finns markbaserade radarmätningar och punktmätningar vid väderstationer, men mitt emellan de två, mycket är fortfarande osäkert. "Särskilt i den alpina regionen, mätningarna är mycket benägna att göra fel, " konstaterar Schulz.

    Enligt hans åsikt, mäta vattenutsläpp, dvs. mängden vatten i floder, fungerar redan ganska bra, men det är särskilt svårt att avgöra vattnets avdunstning från jordens yta. "Särskilt i Österrike, det finns lite information tillgänglig om denna aspekt, eftersom det knappt finns några mätpunkter, säger Schulz.

    Komplexiteten och variationen i marken utgör en ytterligare utmaning:"Mycket ofta, avrinningen efter nederbörd styrs av jordens grova porösa struktur, som bestäms, bland annat genom daggmaskaktivitet. Av denna anledning, projektet hade en egen arbetsgrupp som studerade daggmaskhålor och försökte kvantifiera dem och förutsäga deras struktur."

    Avdunstning ger en kylande effekt

    Floden Attert valdes för att dess avrinningsområde har ett särskilt tätt nätverk av mätstationer, vilket gör det till ett perfekt testområde för att förfina modeller och utveckla en så komplett bild som möjligt av alla processer som är involverade. Schulz och hans grupps uppdrag var fjärranalys, d.v.s. observera processerna från luften med hjälp av värmekameror, bland annat. "Vi tog en titt på hela systemet med hjälp av termisk fjärravkänning och karakteriserade upptagningsområdet vad gäller dess funktioner, Schulz förklarar.

    Temperaturen på landytan gör det möjligt för forskarna att dra slutsatser om avdunstning. Avdunstningen minskar där yttemperaturen är hög eftersom endast mindre vatten är tillgängligt, och den kylande effekten av avdunstning saknas. Där vatten finns, energin används för avdunstning och temperaturerna blir följaktligen lägre.

    Värmebilder i sig ger inte tillräckligt med information, därför kombinerade forskargruppen dem med konventionella kamerabilder. Schulz grupp studerade bilder från en period på tio år och utsatte dessa data för en så kallad principal komponentanalys. Denna metod gör det möjligt för dem att identifiera relevanta strukturer i stora datamängder. Syftet hade varit att identifiera områden med liknande hydrologiskt beteende. "Vi har också använt data från detta område för att karakterisera och klassificera vegetationen för att kunna härleda markegenskaper från resultatet, " förklarar Schulz.

    Siktar på en exakt modell

    Tillsammans med resultaten från de andra internationella grupperna, upptäckterna av Schulz och hans team integrerades i en ny vattenflödesmodell för Attert-regionen. "Vårt arbete användes för att bestämma vilken rumslig upplösning av flygfotografering som var nödvändig för att kartlägga alla relevanta landskapsdrag och för att bestämma hur jordinformation kan inkorporeras i modellen." Schulz anser att den nya modellen som härrör från grundforskningsprojektet är ett stort steg framåt:"Tidigare hydrologiska modeller, som de vi traditionellt använder i system för prognos för inflöde översvämningar, har inte, i regel, implementerat denna växelverkan mellan vatten och vegetation i marken." De nya rönen underlättar bättre prognoser för jordbruket och för konsekvenserna av översvämningar. Från och med 2011, CAOS-projektet pågick i två faser och avslutades i slutet av 2019.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com