En rumslig karta över vattenanvändning för det undersökta gårdsområdet, som genereras med hjälp av CubeSat-data och en anpassad evapotranspirationsmodell. Kreditera: Fjärranalys , Creative Commons Attribution (CC BY)
För att bevara och hantera färskvatten, särskilt i torra regioner som Saudiarabien, det är viktigt att förstå hur vattnet används varje dag. KAUST-forskare använder data som samlats in av satelliter i skokartong, eller CubeSats, för att lära dig mer om daglig vattenanvändning inom jordbruket.
Uppskattningsvis 90 procent av Saudiarabiens sötvattenförsörjning används för bevattning av grödor, men mycket av detta kommer från ohållbara akviferer. Dock, att hålla reda på vattenflöden är otroligt svårt och det finns inga uppskattningar som spårar jordbrukskonsumtionen per område över tid.
"Mitt arbete syftar till att uppskatta mängden vatten som används av grödor med hjälp av satellitbilder och lättillgänglig väderdata, " säger Bruno Aragon, på KAUSTs vattenavsaltnings- och återanvändningscenter, som utförde forskningen med kollegor vid Planet och NASA:s Jet Propulsion Laboratory i USA, under överinseende av KAUSTs Matthew McCabe. "Med hjälp av datormodelleringstekniker, vi kan sedan uppskatta transpiration från växter - vattnet som växter använder för att både växa och hålla svalna - och jordavdunstning, vattnet som förlorades till atmosfären från marken."
CubeSats tillhandahåller nästan daglig data med 3-meters pixelupplösning, nästan 100 gånger nivån för rumslig detalj i andra satellitdata, som de som samlats in av Landsat 8. Bygger på deras tidigare arbete, i detta projekt samlade teamet CubeSat-data som täcker ett litet område med bevattnade majsfält i Saudiarabien. De använde sedan ett maskininlärningsprogram för att korrigera bilderna för atmosfärisk variation och föra dem upp till forskningsstandarder.
Jordbrukare bevattnar ofta sina grödor jämnt med hjälp av pivoter utan att ägna särskild uppmärksamhet åt områden på fältet som behöver mer eller mindre vatten. Teamet satte upp markbaserade system för att samla in evapotranspiration och lokal väderdata för att jämföra med data som härrör från CubeSats. Kreditera: Fjärranalys , Creative Commons Attribution (CC BY)
Forskarna lägger in bilderna i Priestley-Taylor Jet Propulsion Laboratory-modellen, en befintlig modell för att mäta evapotranspiration. Aragon modifierade också modellen för att inkludera lokala miljödata, såsom jordvärme och fukt och lufttemperatur.
"Vi utvärderade modellens prestanda med data som samlats in av utrustning på plats på marken, " säger Aragon. "Vår CubeSat-baserade modell gav en bra uppskattning av vattenanvändning, liknande andra satellitbaserade hämtningar. Vår teknik har den klara fördelen av kraftigt förbättrad upplösning och detaljer. Upplösningen och nästan dagliga hämtningar gör det möjligt att upptäcka specifika händelser i utvecklingen av grödor, avsevärt minskar chansen att missa viktiga förändringar i enskilda områden."
Teamet planerar att förbättra sin teknik ytterligare. Bättre uppskattningar av markfuktighet kan komma från att lägga till termisk eller mikrovågsteknologi till CubeSats, till exempel, och andra viktiga data som inkluderar gröda, höjd och vegetationsbiomassa – som alla påverkar mängden vatten som behövs vid varje given tidpunkt.
Ett av fälten i studiezonen. Kreditera: Fjärranalys , Creative Commons Attribution (CC BY)
Aragon kommer snart att besöka Jet Propulsion Laboratory i Kalifornien, forskar om modellförbättringar för vegetationsövervakning som en del av ett projekt kopplat till NASA:s ECOSTRESS-sensor, som nyligen installerades på den internationella rymdstationen.
"ECOSTRESS-uppdraget syftar till att spåra biosfärens reaktion på förändringar i vattentillgången på en daglig nivå:med andra ord, den spårar global växtstress under hela dagen, ", säger Aragon. "Jag förväntar mig att lära mig mycket om den här placeringen som vi kan tillämpa på vårt arbete med användning av grödas vatten."
Utveckling av grödor och vattenanvändning för en specifik majsväng. CubeSat-bilderna gör det möjligt att observera skillnaderna inom fältet för olika planteringsdatum för de övre och nedre delarna av fältet. Kreditera: Fjärranalys , Creative Commons Attribution (CC BY)
