Исследователи НАСА разработали новые спутниковые еженедельные глобальные карты состояния влажности почвы и грунтовых вод, а также американские прогнозы по каждому продукту на один-три месяца. Хотя карты текущих засушливых/влажных условий для Соединенных Штатов доступны с 2012 года, они впервые стали доступны во всем мире.
«Глобальные продукты важны, потому что во всем мире так мало карт засухи», - сказал гидролог и руководитель проекта Мэтт Роделл из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «О засухах обычно хорошо известно, когда они случаются в развитых странах. Но когда, например, в Центральной Африке засуха, ее могут не заметить, пока она не вызовет гуманитарный кризис. Так что очень важно иметь такой продукт, о котором люди могут сказать: «Вау, там действительно сухо, и никто не сообщает об этом».
Эти карты распространяются в Интернете Национальным центром по смягчению последствий засухи при Университете Небраски в Линкольне (UNL) для поддержки мониторинга засухи в США и во всем мире.
«Возможность видеть еженедельные снимки влажности почвы и грунтовых вод важна для получения полной картины засухи», - сказал профессор Брайан Уордлоу, директор Центра передовых информационных технологий управления земельными ресурсами в UNL, который работает тесно сотрудничает с Роделлом в разработке инструментов дистанционного зондирования для оперативного мониторинга засухи.
Наблюдение за влажностью почвы необходимо для выращивания сельскохозяйственных культур и прогнозирования их урожайности, поскольку почвенная влага - это вода, доступная для корней растений. Подземные воды часто являются источником воды для орошения сельскохозяйственных культур. Он также поддерживает потоки в засушливые периоды и является полезным индикатором продолжительной засухи. Но наземные наблюдения слишком скудны, чтобы получить полную картину влажности и сухости ландшафта, как это может сделать комбинация спутников и моделей.
Всемирный взгляд на воду
И глобальные карты, и прогнозы США используют данные спутников НАСА и Немецкого исследовательского центра геолого-геофизических исследований (GRACE-FO), пары космических аппаратов, которые обнаруживают движение воды на Земле. изменения гравитационного поля Земли. GRACE-FO приходит на смену очень успешным спутникам GRACE, которые завершили свою миссию в 2017 году после 15 лет эксплуатации. С глобальным расширением продукта и добавлением прогнозов США данные GRACE-FO заполняют ключевые пробелы для понимания полной картины влажных и сухих условий, которые могут привести к засухе.
Наблюдения за изменениями в распределении воды, полученные с помощью спутников, объединяются с другими данными в рамках компьютерной модели, моделирующей водные и энергетические циклы. Затем модель создает, среди прочего, изменяющиеся во времени карты распределения воды на трех глубинах: поверхностная влажность почвы, влажность почвы корневой зоны (примерно верхние три фута почвы) и неглубокие грунтовые воды. Карты имеют разрешение 1/8 градуса широты или около 8,5 миль, предоставляя непрерывные данные о влажности и состоянии грунтовых вод по всему ландшафту.
Спутниковые карты GRACE и GRACE-FO входят в число основных наборов данных, используемых авторами U. S. Drought Monitor, ведущей еженедельной карты засушливых условий в Соединенных Штатах, которая используется Министерством здравоохранения США. Сельское хозяйство и Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, среди прочего, для оценки того, какие районы могут нуждаться в финансовой помощи из-за потерь от засухи.
«GRACE [предоставила, а GRACE-FO теперь предоставляет] общенациональные запасы подземных вод», - сказал климатолог и автор «Монитора засухи» Брайан Фукс из центра по проблемам засухи. Он и другие авторы используют несколько наборов данных, чтобы увидеть, где данные свидетельствуют о том, что условия стали более сухими или более влажными. Для подземных вод это означало переход к данным о скважинах подземных вод отдельных штатов для обновления еженедельной карты. «Это сэкономило много времени, имея слой грунтовых вод вместе со слоями почвенной влаги в одном месте», - сказал Фукс. «Данные с высоким разрешением, которые мы можем получить, позволяют нам рисовать контуры сухости или влажности прямо на самих данных».
Одна из целей новых глобальных карт - сделать один и тот же унифицированный продукт доступным во всех частях мира, особенно в странах, где нет инфраструктуры мониторинга подземных вод.
«Засуха действительно является ключевой [темой]… с множеством прогнозов климата и изменения климата», - сказал Уордлоу. «Упор делается на получение более актуальной, более точной и более своевременной информации о засухе, будь то влажность почвы, здоровье сельскохозяйственных культур, грунтовые воды, речной сток - [миссии GRACE] занимают центральное место в этом», - сказал он. «Эти типы инструментов абсолютно необходимы, чтобы помочь нам устранить и компенсировать некоторые из ожидаемых последствий, будь то рост населения, изменение климата или просто увеличение потребления воды в целом."
И Центр перспективного управления земельными ресурсами, и Национальный центр по смягчению последствий засухи базируются в Школе природных ресурсов UNL и работают с международными партнерами, включая Агентство США по международному развитию и Всемирный банк, над разработкой и поддерживать мониторинг засухи с использованием глобальных карт GRACE-FO и других инструментов на Ближнем Востоке, в Северной Африке, Южной Африке, Юго-Восточной Азии и Индии.
Засухи могут быть сложными как по времени, так и по масштабам. На поверхности влажность почвы быстро меняется в зависимости от погодных условий. Влажность в корневой зоне изменяется немного медленнее, но все же очень чувствительна к погодным условиям. От обоих отстают грунтовые воды, так как они изолированы от изменений погоды. Но для долгосрочных прогнозов интенсивности засухи или, наоборот, риска наводнений в низменных районах необходимо следить за грунтовыми водами, сказал Роделл..
«Карты подземных вод похожи на замедленную, сглаженную версию того, что вы видите на поверхности», - сказал Роделл.«Они представляют собой накопление погодных явлений за месяцы или годы». Это сглаживание дает более полную картину общей тенденции высыхания или увлажнения, происходящей в районе. Точный учет уровня грунтовых вод необходим для точного прогнозирования условий ближайшего будущего.
Новый продукт прогноза, который прогнозирует сухие и влажные условия на 30, 60 и 90 дней вперед для 48 нижних штатов США, использует данные GRACE-FO, чтобы помочь установить текущие условия. Затем модель запускается вперед во времени, используя модель сезонного прогноза погоды версии 5 системы наблюдения за Землей Годдарда в качестве входных данных. Исследователи обнаружили, что включение данных GRACE-FO сделало итоговые прогнозы влажности почвы и грунтовых вод более точными.
Поскольку продукт только что запущен, сообщество пользователей только начинает работать с прогнозами, но Уордлоу видит огромный потенциал.
«Я думаю, вы увидите продукты мониторинга GRACE-FO, используемые в сочетании с прогнозами», - сказал Уордлоу.«Например, текущий продукт в США может показывать умеренные засушливые условия, и если вы посмотрите на прогноз, а прогноз показывает, что в следующем месяце сохраняется тенденция к засухе, то это может изменить решение по сравнению с тем, если бы это была тенденция к засухе».
Прогноз США и глобальные карты находятся в свободном доступе для пользователей через портал данных центра засухи.
Чтобы загрузить карты, посетите: