مارثا أندرسون على استخدام لاندسات لمراقبة استخدامنا للمياه من الفضاء

تستخدم مارثا أندرسون ، عالمة الأبحاث في وزارة الزراعة الأمريكية ، صوراً من برنامج القمر الصناعي لاندسات لرصد استخدام المياه والجفاف في المزارع الأمريكية بدقة بالغة ، حتى على نطاق الحقول الفردية. وقالت إن توافر المياه يصبح قضية حرجة على نحو متزايد في جميع أنحاء العالم ، من المهم أن تكون قادرًا على مراقبة كمية المياه التي يتم تبخيرها ، وكم الكمية المستخدمة ، ومكان استخدامها. تحدثت عن مراقبة استخدامنا للمياه من الفضاء مع EarthSky في Jorge Salazar.

يمكنك قياس ما يسمى التبخر. ما هو التبخر ، ولماذا من المهم قياس معدلات التبخر من الفضاء؟

في المناظر الطبيعية الزراعية ، يمثل التبخر النحاسي ، أو ET كما نسميه باختصار ، إجمالي كمية المياه المستخدمة في عملية زراعة المحاصيل.

يصف التبخر النحاسي تبادل بخار الماء بين سطح الأرض والغلاف الجوي. يتكون من جميع المياه التي تبخرت من الأسطح ، وجميع المياه التي تستخدمها النباتات في عملية التمثيل الضوئي. هذا هو مكون النتح. لذلك ، هو التبخر بالإضافة إلى النتح.

نحتاج إلى أن نكون قادرين على مراقبة ET لأنه جزء مهم حقًا من دورة المياه العالمية. إنه الفرق بين هطول الأمطار - وهو الماء الذي يوضع في نظام سطح الأرض - والخسارة التبخرية من سطح الأرض. تتيح لنا عملية ET معرفة مقدار الماء المتبقي للقيام بأشياء مثل زراعة المحاصيل أو توفير مياه الشرب أو تغذية الجداول الإقليمية وشبكات الأنهار.

الصورة الائتمان: توماس كاستيلازو

لذلك ، إذا استطعنا رسم خريطة ET بدقة على مناطق كبيرة ، يمكننا تقدير مدى توفر رطوبة التربة ومقدار المياه المستخدمة لأغراض مختلفة - على سبيل المثال الاستخدامات الزراعية والحضرية. نحن نعلم أن المياه العذبة أصبحت نادرة بشكل متزايد في جميع أنحاء العالم. سيصبح من الأهمية بمكان أن نتمكن من مراقبة هذا المكون من ميزانية المياه بدقة شديدة.

كيف يرى لاندسات في الفضاء كيف يتم استخدام المياه في حقل زراعي؟

تمتلك لاندسات عددًا من أنظمة التصوير ، ويقوم أحدها بجمع الإشعاع الموجود في النطاق الموجي الحراري. هذه هي أطوال موجية أطول من عيوننا. جميع الأجسام تنبعث من هذا النوع من الإشعاع الحراري - كلما زادت حرارة الجسم ، زاد الانبعاث الحراري. باستخدام أنظمة الموجات الحرارية هذه ، يمكننا تحديد درجة حرارة سطح الأرض عن بعد. مع Landsat يمكننا القيام بهذا التعيين بدقة مكانية كافية لدرجة أنه يمكننا اكتشاف الاختلافات في درجات الحرارة بين الحقول الزراعية المختلفة ، وهذا مفيد للغاية.

تميل المحاصيل التي تبخر الماء بمعدل عال جدًا من ET إلى أن تكون أكثر برودة نظرًا لأن التبخر يبرد. ولكن عندما تصبح المحاصيل متوترة ، يتوقف النتح ، وتبدأ المظلة في التسخين ، ويمكننا اكتشاف درجات حرارة الأوراق المرتفعة هذه من الفضاء. لذلك ، مع لاندسات يمكننا اكتشاف أن حقل معين قد لا يكون بصحة جيدة كما ينبغي.

مهمة استمرارية بيانات Landsat

كيف يتم استخدام المعلومات التي تجمعها لاندسات؟

يتم استخدام Landsat ET تشغيليًا الآن - لا سيما في الولايات الغربية ، حيث تزداد الموارد المائية ضيقًا ونفادًا كثيرًا بمعدل لا يمكن تحمله.

في ولاية أيداهو ، على سبيل المثال ، يستخدم مديرو موارد المياه ومقاطعات إدارة المياه Landsat ET لمعرفة ما إذا كانت أجهزة الري الفردية داخل مناطق الري تمتثل لحقوقها المائية المخصصة أو إذا كانت تستخدم مياه أكثر مما ينبغي. يمكنهم تحديد ذلك من خلال النظر في تسلسل الوقت لبيانات Landsat ET.

نظرًا لأن لدينا أرشيف صور Landsat يمتد إلى أوائل الثمانينيات ، فيمكننا عمل تسلسل زمني للخرائط التي توضح كيفية استخدام المياه تاريخياً عبر منظر طبيعي. هذه معلومات مهمة حقًا للتفاوض على صفقات حقوق المياه واتفاقيات المياه المشتركة بين الولايات على سبيل المثال.

يمكن للمزارعين استخدام هذه المعلومات لمعرفة الحقول التي يجب ريها ومدى احتياجهم للري.

يمكننا أيضًا دراسة المفاضلات في استخدام المياه بين مختلف المستخدمين. على سبيل المثال ، في بعض أجزاء الغرب ، يوجد ري بجوار مجرى مائي يدعم الموائل المهمة - على سبيل المثال ، مناطق تفريخ السلمون. يمكننا استخدام Landsat ET لمعرفة مقدار الزراعة المروية التي قد تؤثر على تدفق المجرى في هذه النظم الإيكولوجية الحرجة.

خريطة الجفاف لعام 2007: تُظهر المناطق الخضراء حيث يكون التبخر أعلى من المتوسط ​​، ويظهر اللون الأحمر المناطق التي تقل فيها نسبة التبخر

لقد قمت مؤخرًا بنشر عمل حول كيفية استخدام التبخر والعرق بواسطة النباتات لفهم الجفاف بشكل أفضل باستخدام بيانات Landsat. ماذا وجدت؟

نحن نعلم أنه عندما تكون هناك منطقة تعاني من الجفاف ، فإن ET ستكون أقل بالضرورة. التربة جافة ، وهناك كمية أقل من المياه المتاحة للنباتات لاستخدامها. هذه الخرائط ET تجعل خرائط الجفاف ممتازة كذلك. لا تحتاج إلى أي بيانات هطول الأمطار على الأرض لإنشاء هذه الخرائط لأن إشارة الجفاف يتم نقلها بواسطة إشارة درجة حرارة سطح الأرض الحرارية.

لذلك ، هذه طريقة جيدة حقًا لرسم خريطة للجفاف في البلدان التي قد لا تمتلك البنية التحتية للأرصاد الجوية الكثيفة التي لدينا هنا في الولايات المتحدة - أجهزة قياس المطر العائمة وأنظمة رادار دوبلر. على سبيل المثال ، في القرن الأفريقي ، حيث تعاني حاليًا من المجاعة الشديدة ، تمكنا من تطبيق هذه التقنيات الحرارية ووضع بعض الخرائط اللطيفة للغاية التي تحدد المناطق المتأثرة بالجفاف.

المعلومات الواردة من لاندسات متاحة مجانًا لأي شخص ، أليس كذلك؟

صحيح. وهذا هو التغيير الذي حدث مباشرة خلال العامين الماضيين. تم تطوير نموذج جديد - لنوزع هذه الصور مجانًا. انها معلومات قيمة بشكل لا يصدق. يمكن للأشخاص من الولايات المتحدة ومن دول أخرى الوصول إلى هذه الصور مجانًا الآن.

وهذا يُمكّن مجموعة جديدة تمامًا من الأبحاث ، من أن تكون قادرة على القيام بتحليل متسلسل لمرات عن كيفية تغير الأشياء في مناطق مختلفة. كيف تتوسع المناطق الحضرية؟ كيف يتغير استخدام المياه في هذه المناطق الحضرية المتوسعة؟ كيف يتغير استخدام المياه حيث نقوم بتحويل الأراضي من النباتات الطبيعية إلى أراضي المحاصيل أو مشاريع الإسكان؟ هذه دراسات يمكننا القيام بها الآن ولم نتمكن من القيام بها قبل خمس سنوات.


شكرنا اليوم لبرنامج NASA و USGS Landsat ، مما خلق سجلاً لا مثيل له للمناظر الطبيعية المتغيرة للأرض.