卫星图像揭示农业用水

卫星图像揭示农业用水

首页战争策略植物大战僵尸2ayse版更新时间:2024-04-15

利用Landsat卫星拍摄的红外图像并通过Google Earth Engine在互联网上公开发布,EEFlux可以快速创建蒸散图,这是一种衡量使用水量的方法。在加利福尼亚州的这个农业地区的地图中,深蓝色和深绿色代表较高水平的蒸散量,而淡棕色代表较低水平。

地球可能是"蓝色星球",其中70%以上的表面被水覆盖,但它仍然是一个渴望地球,淡水需求旺盛。供水最重要的一点是作物灌溉,其中有近三分之二的美国地表淡水取水量采取了一些措施。

跟踪使用多少水 - 并确保它在需要的地点和时间得到有效且合法的使用 - 跨越数百万英亩的作物田地并非易事。

研究人员携带来自Landsat地球观测卫星的数据最近与谷歌合作,使其更容易。来自爱达荷大学,内布拉斯加大学和沙漠研究所的研究人员正在使用卫星图像来绘制从地面蒸发或从植物蒸发的蒸发蒸腾水。

蒸散量是估算植物用水量的一种方法。一些水蒸气直接来自土壤,但大部分水蒸气首先通过植物。"这是一个必要的过程,"爱达荷州大学水资源工程教授理查德艾伦解释说,"因为这是从土壤中运输植物所需营养物质的水流。"

为了保持这一进程,该地区需要水,无论是雨水还是经常来自灌溉。"蒸发和蒸腾共同代表了资源的总消耗量,"艾伦说。而且因为蒸发和蒸腾都使用能量,所以它们具有冷却效果,就像出汗冷却人的皮肤一样。

如果农民能够将实际蒸散水平与预期水平或理想水平进行比较,他们就会更好地了解它们是否足够灌溉或过度灌溉。他们还可以查看整个田间的蒸散量水平,以确保他们从洒水喷头获得统一的覆盖范围,而不是水下某些地方或者使其他地方水淹没。

美国宇航局于1972年7月发射了第一颗Landsat卫星,并且在美国地质调查局(USGS)的管理下,该计划从此不断提供地球表面图像。最新版本Landsat 8于2013年2月送入轨道,每16天产生一次全球行星的高分辨率图像。在仍在运行的Landsat 7的帮助下,每8天全面覆盖一次。这两颗卫星都带有一个热成像仪,可以捕捉红外波段的图像,从而显示地球表面更暖和更酷的点。

技术转让

自1999年左右开始,艾伦一直在使用Landsat的数据研究蒸散量,当时他被爱达荷水资源部门首次接近,该部门已经从雷神公司获得美国宇航局的资助,旨在寻找卫星数据的更广泛用途。

艾伦最近参加了欧洲的一个会议,其中包括一位名叫Wim Bastiaanssen的荷兰研究员介绍了使用蒸散发制图改善水资源管理的信息。Bastiaanssen设计了一种称为陆地表面能量平衡算法(SEBAL)的模型,Allen认为他可以在爱达荷州进行调整和使用。

"大约三到四年后,我们开始发展SEBAL以适应我们在西方的使用。我们将其命名为METRIC,并从此一直在不断演变,"艾伦说。METRIC是用于内部校准测绘蒸散发的缩写,它要求将大量Landsat图像下载到台式计算机中,并使用气象站数据和其他详细信息进行校准 - 这些不经过培训就无法轻松完成,无法访问强大的计算机,以及时间。

因此,当位于加利福尼亚州Mountain View的Google在2010年推出Google Earth Engine时,Allen和他的合作者看到了一个机会。云计算平台使用Landsat的数据,USGS已经开始免费分发这些数据,从而使全世界都可以访问大量的信息。

"Earth Engine能做的就是摆脱下载和存储数据的繁琐工作。对于任何研究人员来说,这可能会占用大量时间,"谷歌地球引擎开发者倡导者Tyler Erickson解释道。

Allen,内布拉斯加大学的Ayse Kilic和沙漠研究所的Justin Huntington,以及来自Google团队的输入和指导,领导着修改METRIC算法以与地球引擎合作创建地球引擎蒸散通量(EEFlux)。现在任何能够访问互联网的人都可以访问Landsat数据,选择一个位置,并在几秒钟内查看蒸散图。

优点

埃里克森兴奋地说:"我们很高兴他们正在制作一个能够覆盖更广泛用户网络的应用程序,而不仅仅是他们自己的研究小组。"

EEFlux的早期用户包括加利福尼亚水资源部,加州水管理委员会和世界银行,研究人员期望随着该计划完成beta测试,扩大其用途。他们还在充实应用程序,以便填补卫星快照之间的差距,并反映生长季节水的总体消耗情况,Allen说。这是他可以用METRIC做的事情,但它还没有适用于地球引擎。

该计划对于"需要将水资源作为一个整体来管理的用水小组最为有用,因为它们正在影响地下水抽水,"他解释说。"他们需要知道谁在抽水,是否可持续?我们将如何解决与可持续补给一致的提取问题?"

当水管理机构正在制定提高灌溉效率的计划或评估农民和城市之间水权转让的建议时,他们也需要数据。"他们经常有这样的问题:'实际上有多少水被节省?' 和"新作物使用的水是否比过去消耗的水多或少","亨廷顿解释说。"使用METRIC和EEFlux应用程序,可以快速获得详细的答案。"

Kilic指出,该算法也有助于提醒干旱的早期迹象。此前,水监测小组将利用植物指数来评估植物的健康状况,以便发现干旱迹象。"但这并不能立即消除干旱,"她说。"我们更喜欢以卫星为基础的蒸散量或ET干旱指数,并且它确实立即收集该干旱特征。"

艾伦解释说:"该领域可能仍然看起来很绿,但如果因为土壤干燥而受到压力,它会减少其内皮并减少产量。"

除了水管理机构之外,他补充说,"我们希望将这个交给个体农民。"

"他们已经在做精密农业,"Kilic说,"特别是在供水有限的州,仔细选择如何最好地灌溉田地。"现在让我们说,在该领域的一部分收益率较低,原因是什么?是因为灌溉习惯吗?他们可以从他们的耗水量地图中看到。获得这些数据将使他们能够立即发现问题。"

她说,目前,跨大农场收集用水信息的主要途径是发送空中无人机拍照。使用卫星数据的免费的基于网络的系统可以节省大量资金,无论是为农民还是为农民自己提供顾问信息的公司。

但如果没有NASA卫星拍摄的热红外图像进入轨道,这一切都不可能实现,Allen指出,几乎根本没有发生这种情况,因为Landsat 8的计划最初不包括热像仪。

"全美国的水资源社区,特别是在灌溉地区,都非常赞赏NASA将热像仪放在Landsat 8上,未来的Landsats将保证包括热像仪,"他说。

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