Пространство для сельского хозяйства: НАСА работает над обеспечением продовольственной безопасности

Когда вы думаете о НАСА, первое, что приходит на ум, это марсоходы или недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба. Однако больше всего НАСА изучает нашу собственную планету: Землю.

Наша планета была в центре внимания фотографии восхода Земли с Луны, сделанной астронавтом Аполлона-8 Уильямом Андерсом в 1968 году. «Это был первый раз, когда люди поняли: «О, мы можем видеть — и изучать — нашу родную планету из космоса». — говорит Карен Сен-Жермен, директор отдела наук о Земле НАСА. «Эта уникальная точка зрения в космосе дает нам глобальное понимание.

«Это очевидно, если подумать, потому что миссия НАСА заключается в улучшении человечества, и все, кого мы знаем, и все, кого мы любим, находятся прямо здесь, на этой планете», — говорит Сен-Жермен. «Понимание того, как устроена эта планета, и помощь людям в принятии более взвешенных и обоснованных решений — это то, чем мы занимаемся в науках о Земле».

Это включает в себя сельское хозяйство.

Миссии НАСА охватывают все аспекты планеты: океаны, сушу, лед и атмосферу. Благодаря этим наблюдениям НАСА отметило изменения в водном цикле, которые привели к изменениям в углеродном цикле и, в свою очередь, к сельскому хозяйству.

Ученые измерили энергию, входящую и выходящую из земной системы, и отметили дисбаланс: сейчас выходит значительно меньше энергии, чем поступает. По словам Сен-Жермена, более 90% этой энергии поглощается океанами и разносится по всему миру. Эти изменения энергии затем проявляются в более сильной засухе, наводнении или других суровых погодных явлениях.

Фермерство из космоса

Фермеры могут быть лучше всего знакомы с вкладом НАСА в сельское хозяйство через Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), которое сотрудничает с Национальным центром по смягчению последствий засухи (NDMC) в Университете Небраски-Линкольн (UNL) и Министерством сельского хозяйства США для производства Монитор засухи в США.

Многие данные, поступающие в «Монитор засухи», поступают со спутников.Две активные спутниковые миссии измеряют мельчайшие изменения гравитационного притяжения Земли прямо под спутником. Притяжение зависит от того, сколько массы находится прямо под спутником, которое меняется в зависимости от того, сколько воды находится в почве — на поверхности, в корневой зоне или в водоносных горизонтах. Там, где меньше воды, меньше масса, а значит меньше гравитационное притяжение.

В дополнение к монитору засухи НАСА участвует в других приложениях для производителей.

• Программа NASA Harvest предлагает инструменты для точного управления питательными веществами в рамках своей миссии по «обеспечению продовольственной безопасности, сельского хозяйства, а также устойчивости человека и окружающей среды в США и во всем мире».
• OpenET использует спутниковые данные для оценки эвапотранспирации (ET) для управления водными ресурсами в Соединенных Штатах. OpenET генерирует ежедневные, ежемесячные и годовые оценки в масштабе поля и предоставляет доступ к погодным условиям и условиям растительности. Фермеры могут использовать эти данные во время орошения, чтобы снизить затраты на удобрения и воду, а также для поддержки программ управления подземными водами, требующих согласованных и точных данных об ET.
• Инструмент анализа состояния посевов и влажности почвы (Crop-CASMA) представляет собой веб-приложение, разработанное в сотрудничестве с Министерством сельского хозяйства США для картографирования влажности почвы и состояния растительности сельскохозяйственных культур по всей стране. Инструмент разработан, чтобы помочь фермерам во время весенней посадки, отслеживать ущерб после стихийных бедствий и следить за здоровьем урожая. Пользователи Crop-CASMA могут выбрать область и создать карту в формате PDF, а также загрузить данные для ввода в свои собственные модели.

Прогнозируемая потеря урожая

Подразделение наук о Земле НАСА также сделало долгосрочные прогнозы урожая на основе собранных данных. Если нынешние тенденции изменения климата сохранятся, глобальные урожаи кукурузы или кукурузы могут снизиться на 24% к концу века.Этот прогноз основан на прогнозируемом повышении температуры, изменениях в характере осадков и повышенных концентрациях двуокиси углерода на поверхности из-за антропогенных выбросов парниковых газов.

Этот прогноз был составлен исходя из предположения, что нынешние генотипы кукурузы и методы управления останутся неизменными до конца века.

«Производители уже вносят коррективы, и это, конечно, будет продолжаться», — говорит Сен-Жермен. «Одна из вещей, которую позволяет нам сделать этот инструмент, — это показать, какие культуры — и при каких условиях — скорее всего, скорее всего столкнутся со стрессом, учитывая то, что происходит во всем мире».

Все собранные НАСА данные открыты для общественности и находятся в свободном доступе.

Вернуться на Землю

Брэндон Ханникатт занимается фермерством вместе со своим отцом Дэрилом и братом Заком недалеко от Гилтнера, штат Небраска, и является членом Совета по кукурузе Национальной ассоциации производителей кукурузы. Они начали работать с UNL на самых ранних стадиях систем мониторинга влажности почвы со стационарными зондами. Они сочли этот метод сложным, поскольку типы почвы на их полях различаются, и даже когда они добавили больше точек данных, датчики не могли точно наблюдать за всем полем.

«Итак, мы начали думать, какой следующий шаг нам нужно сделать?» говорит Ханникатт. «Это возможность более точного мониторинга — может быть, с помощью этих спутниковых данных — чтобы мы могли сказать:« Эта ферма в целом в порядке »».

• ЧИТАЙТЕ БОЛЬШЕ: Производители оборудования работают над сокращением выбросов

Ханникатт говорит, что спутниковые данные таких программ, как НАСА, могут помочь принять решение о том, сколько воды, удобрений или фунгицидов использовать.

«Мы всегда пытаемся выяснить, что станет следующим важным шагом в повышении урожайности», — говорит Ханникатт. «Что будет следующим важным шагом, который принесет больше пользы ферме? Все это увлекательно, потому что это следующий этап».

Один маленький шаг для ag

За последние 25 лет подразделение наук о Земле НАСА запустило множество миссий.Около 25 спутников или космических миссий в настоящее время наблюдают за Землей, и еще 10 миссий находятся в разработке, и в планах еще больше.

Примерно в то же время, что и фото восхода Земли и миссии Аполлона-8, миссия Landsat была разработана в сотрудничестве с Геологической службой США (USGS). Спутник Landsat 1 был запущен в июле 1972 года. Этот спутник вращался вокруг Земли несколько раз в день и, по данным Геологической службы США, сделал полный снимок планеты после 251 оборота — около 16 дней.

Различные миссии Landsat обеспечили непрерывное покрытие Земли в течение 50 лет.

Landsat 9 был запущен в конце сентября 2021 года в качестве непрерывной миссии для обеспечения более широкого охвата программы. В любом конкретном месте многое может измениться за 16 дней между проходами спутников. Добавление еще одного спутника сокращает период между проходами до восьми дней. Landsat 9 в настоящее время вращается вокруг Земли в тандеме с Landsat 8, который был запущен в 2013 году. Landsat 7, запущенный в 1999 году, завершил свою миссию, когда операции закончились в сентябре этого года.

Landsat Next

В то время как Landsat 9 был миссией непрерывности, Landsat Next представляет собой обновление программы, предназначенное для лучшего мониторинга, понимания и прогнозирования изменений поверхности земли в мире, включая сельскохозяйственные угодья. Landsat Next будет иметь более высокое пространственное разрешение и более широкий диапазон спектральных изображений.

В то время как Landsat 8 и 9 способны наблюдать 11 спектральных диапазонов — длин волн света — Next может наблюдать 25. Это поможет ему лучше определять температуру поверхности, качество воды, качество почвы и многое другое.

Landsat Next планируется запустить в 2029 или 2030 году.