美国宇航局从太空观察水来帮助我们种植食品杂货

美国宇航局观察水来帮助我们种植食品杂货

来源:美国国家航空航天局

在加州蒙特利县的自然奖励农场,马克·梅森的一名员工每天(实际上一天多达30次)都会给他带来土壤测试的结果,供他讨论。

梅森负责监督农场的肥料和灌溉工作,农场位于加州中部海岸,占地5000英亩,被称为“美国的沙拉碗”,是世界上最多产、最多样化的农业地区之一。这些土壤测试结果是他最新工具的关键输入:CropManage该项目由加州大学合作推广学院(University of California Cooperative Extension)运营,使用的数据来自">美国国家航空航天局和其他来源,以创建定制的灌溉和肥料建议。除了卫星测量作物生长,它还测量当地天气、土壤特性和灌溉系统效率。

梅森解释说:“CropManage会向外出提取土壤样本的人给出建议。“他得到结果,然后和我讨论。我知道那块地的样子,所以我会采纳CropManage的建议,根据我对灌溉方法的了解,什么时候收割,土壤类型,作物的样子,以及那块地在一年中那个时候的历史,做出决定。”

如果你今天吃的水果、蔬菜或坚果,很有可能来自加州中央海岸的自然奖励农场(Nature’s Reward Farms)或附近的中央山谷(Central Valley)。金州的面积超过2万平方英里,这些地区是数千个农场的家园,每年种植数百种不同的作物生产美国超过三分之一的蔬菜和三分之二的水果和坚果。

但是加州中部降雨不多。中央山谷的大部分水来自溪流和水库,这些水库收集了山上融雪和地下水,这些地下水储存在地表以下的多孔沉积物中。由于气候变化、人类使用和自然变化,这些水源面临越来越大的压力,使得水资源管理成为一个复杂和不断发展的问题。监测有多少水可用来种植我们的食品杂货从未像现在这样重要,美国宇航局的地球观测卫星和伙伴计划帮助农民、水资源管理者和政策制定者监控和分配全州日益稀少的水资源。


美国宇航局研究地球淡水的研究人员问的第一个问题是:水在哪里?由于水在水蒸气、雨和雪以及地面上和地下的水库之间不断循环,美国国家航空航天局(NASA)的一批卫星对水进行了跟踪。来源:美国宇航局/凯蒂·默斯曼

关注供水

在理想的年份,大雪落在加州的山脉,并在冬季和春季积累。雪就像一个天然的水库,在春天天气变暖的时候,将水逐渐释放到河流中。从那里,一个由沟渠、运河和管道组成的系统将水输送到该州的干旱地区。该州中部地区的许多农民使用这些水来灌溉他们的作物,同时也严重依赖水井中的地下水。

但并不是每一年都是理想的一年。例如,在2021年,极端干旱一直在打击西方冬季低于平均水平的降水量和异常少的降雪在春季的高温下迅速蒸发,或者融化并渗透到仍因秋冬干旱而干枯的土壤中。结果,几乎没有水可以填满水库,滋养山谷下游的植物。由于水资源已经被严格分配,该地区的水资源供应变得更加稀缺,一些农民必须做出艰难的决定,决定哪些作物可以获得水资源。

美国国家航空航天局的研究人员密切观察加州中部的水源,它们是如何随时间变化的,以及为什么变化的,并产生信息,用于确定如何应对它。卫星、航空和实地任务跟踪降雪、降雨、土壤水分水平、地下水枯竭、作物健康和蒸发蒸腾。通过提供进出系统水量的更好信息,这些指标帮助农民确定他们将需要多少水,以及有多少水可以获得。

马特·罗德尔(Matt Rodell)是马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心负责水圈、生物圈和地球物理学的地球科学副主任。他利用美国宇航局重力恢复和气候实验后续任务(GRACE-FO)的数据研究世界各地的地下水。地下水在中央山谷和中央海岸等降水量少、干旱频繁的地区尤为重要。

“地下水非常重要,因为它通常总是可用的,”罗德尔说。“它可以储存多年,几十年,几百年,甚至几千年——就像你的储蓄账户。你总想把水放在一边,这样就能在困难的时候用。”

加州是GRACE研究人员正在研究的全球热点之一。这是许多地下水泛滥的地区之一耗尽比充电还要快。

“人们变得过度依赖地下水,”罗德尔说。“理想情况下,就像你的储蓄账户一样,从长远来看,你希望花的比投资少。但在加州,他们使用了大量的地下水,几十年来水位一直在下降。”

加州最近通过了第一个全州范围的地下水管理条例政策美国地质调查局(U.S. Geological Survey)的水文学家、美国地质勘探局(USGS)位于加州圣地亚哥的加州水科学中心(California Water Science Center)地下水可用和利用项目负责人克劳迪娅·方特(Claudia Faunt)说,这在一定程度上是为了应对人们对地下水枯竭的担忧。在一些地区,地下水位下降导致地面沉降:当水从地下沉积物中被提取出来时,地表下沉,这些沉积物沉降并压实。

“下沉问题影响到基础设施的其他部分,当水位下降时,一些地区的水井正在干涸,”方特说。当井干涸时钻得更深,或者为了寻找水源而钻新井,都是昂贵的,而且会导致更多的地下水枯竭。

对该地区供水的其他威胁,如积雪的减少和冬季降水模式的变化,是由气候变化.此外,气候变暖也会带来负面影响增加蒸散作用是造成土壤水分亏缺和植物水分胁迫的主要原因影响当地的天气。随着降水模式的改变,未来的降雨情景可能会越来越多极端的.在加利福尼亚和美国西部的其他地区,这可能看起来像干旱,威胁到粮食生产。

农场主马克·梅森

在水资源稀缺的季节,由NASA数据驱动的工具可以帮助像马克·梅森(Mark Mason)这样的农民决定在哪里分配灌溉和施肥所需的水和养分。来源:美国宇航局/马克·梅森

将NASA的数据用于加州农民

为了应对不断变化的环境,加州农民正在寻求新的工具和技术,以帮助他们生产美国消费者持续需求的水果、坚果和蔬菜。

除了GRACE-FO研究地下水,SMAP(土壤水分主动被动)和MODIS(中分辨率成像光谱辐射计)等任务测量土壤水分和蒸散,GPM(全球降水测量任务)跟踪降雨和降雪。美国国家航空航天局(NASA)和美国地质调查局(U.S. Geological Survey)共同努力的陆地卫星(Landsat)项目,已经对农作物的健康和生长进行了近50年的测量。此外,NASA还与大学、私人公司、研究机构和其他政府机构合作,创造工具和项目,使所有这些数据发挥作用。通过NASA应用科学及其粮食安全和农业项目,包括NASA Harvest,农民可以获得有用的信息,在他们的农场做出更好的决定。

Lee Johnson是NASA'S AMES研究中心和加州州立大学的高级研究科学家,在蒙特里湾(CSUMB)。In partnership with Forrest Melton of NASA’s Applied Sciences program and Alberto Guzman and Will Carrara of NASA Ames, he supports the Satellite Irrigation Management Support (SIMS) system, an online data platform that uses publicly available Earth satellite data and open-source models to map evapotranspiration at the quarter-acre scale.

约翰逊说:“蒸发蒸腾是水文循环中非常重要的一部分,然而在过去,有关它的很多信息很难获得,也很昂贵。”“每个人都知道降水;就在你手机的主屏幕上。但蒸发蒸腾是一种相反的过程。对于那些想用它来指导作物生产的种植者来说,这方面的信息一直很稀缺。如果你不能可靠地测量它,就更难管理它。”

梅尔顿说:“对大多数作物来说,蒸发蒸腾是必须通过灌溉或降水来补充的最低水量,以保持作物健康并使作物产量最大化。”“将SIMS的卫星数据与CropManage连接起来,可以帮助像马克·梅森(Mark Mason)和他在《自然奖励》(Nature’s Reward)的团队这样的农民,摆脱对作物灌溉和肥料需求的猜测。”

另一种水资源管理工具GRAPEX(葡萄遥感大气剖面和蒸发蒸腾实验)也使用了陆地卫星数据,这一次是为了帮助葡萄园所有者。地球资源卫星的热力和视觉图像为种植者提供葡萄园蒸发蒸腾和植物健康的信息,帮助他们确保葡萄园不会太湿或太干。

“我们工作的目标是找到方法将NASA数据的农民和灌溉,它可以帮助改善加州农业的可持续性,”古斯曼说,NASA艾姆斯高级软件工程师和CSUMB加州开始他的职业生涯在地里干活。“与‘自然奖励’等创新生产商的合作是确保我们能够获取拍字节的卫星数据,并将其转化为日常决策所用的信息的关键。”

保持餐桌上的食物

跟踪第一个冬天是否下雪下降在加州内华达山脉范围或帮助农民分配稀缺的水源在夏天,美国国家航空航天局任务和程序帮助种植者继续生产我们爱吃的水果和蔬菜,同时也准备和适应温暖,干燥的未来。

1评论“美国宇航局从太空观察水来帮助我们种植食品杂货”

  1. 瞬间迷因——“……由于水在水蒸气、雨和雪以及地面上和地下的水库之间不断循环,美国宇航局的卫星舰队可以跟踪到水.....”https://naturesalltheres.blogspot.com/

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