Ett ramverk utformat för att tillhandahålla detaljerad information om jordbrukets grundvattenanvändning i torra områden har utvecklats av KAUST-forskare i samarbete med det saudiska ministeriet för miljö, vatten och jordbruk (MEWA).

"Grundvatten är en värdefull resurs, men vi betalar inte för det för att odla vår mat, vi bara pumpar ut det, " säger Oliver López, som arbetade med projektet med KAUSTs Matthew McCabe och medarbetare. "När något är gratis, vi är mindre benägna att hålla reda på det, men det är viktigt att vi mäter grundvattenutvinning eftersom det påverkar både livsmedels- och vattensäkerheten, inte bara regionalt, men globalt."

Saudiarabiens jordbruksmark bevattnas ofta via centrala pivoter som tappar underjordiska akviferkällor. Teamet har byggt ett kraftfullt verktyg som fångar detaljer om vattenanvändning från regional skala ner till enskilda fält. Detta är det första operativa systemet i världen för att övervaka och modellera jordbrukets vattenanvändning på så fina rumsliga och tidsmässiga skalor, konstaterar López.

Ramverket kombinerar data från flera källor, inklusive Landsat 8-satelliten, väderprognosmodeller och en hydrologimodell för landyta, för att förbättra systemets upplösning och prediktionsnoggrannhet.

"Satellitbilderna visar distinkta mönster av aktiva fält mot den kala ökenbakgrunden, gör det möjligt för oss att identifiera individuella centrumpivotfält, även om de är oregelbundna i form och storlek, säger López.

Teamet härledde grödans avdunstning, yttemperatur och albedo, och odlingsmönster från satellitdata. De kombinerade denna information med en regional ythydrologisk modell för att uppskatta mängden vatten som levereras till varje fält av centrumtapparna.

De utvärderade ramverket vid en småskalig 40-fälts experimentanläggning i Al Kharj, innan jag prövade det i stor skala i Al Jawf-provinsen, där man framgångsrikt uppskattade vattenanvändningen i över 5000 enskilda fält. Metoden har sedan dess tillämpats nationellt över mer än 35, 000 fält.

"Vårt ramverk har tillhandahållit omfattande uppskattningar i fältskala för 2015 som kommer att fungera som ett riktmärke för framtida jämförelser, " säger López. "Vi hoppas att vår modell erbjuder ett konsekvent och pålitligt verktyg som visar effekten av vattenförvaltningspolicyer och driver framtida beslut."

Teamet planerar att integrera flera satellitdatakällor för att förbättra datainsamlingsfrekvens och upplösning, vilket förbättrar ramverkets noggrannhet.

"Ett nyckelmål för vår forskargrupp är att övervaka" varje område, överallt, hela tiden'—ett verkligt Big Data-analysproblem, ", säger McCabe. "Att ta itu med nationella och globala problem med mat- och vattensäkerhet, vi behöver kunskap på lokal nivå, levereras på planetarisk skala."