Przyrząd przeznaczony do pomiaru wysokości drzew może również odróżnić kukurydzę od innych upraw.
Co sekundę lasery zamontowane na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej wysyłają na Ziemię 242 szybkie impulsy światła. Te nieszkodliwe wiązki z instrumentu Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) NASA odbijają się od naturalnych i stworzonych przez człowieka powierzchni Ziemi i są odbijane z powrotem do instrumentu. Mierząc czas potrzebny na powrót sygnałów, naukowcy mogą określić wysokość powierzchni poniżej.
Naukowcy wykorzystują te wykrywanie światła i pomiary odległościowe lub lidarowe do tworzenia trójwymiarowych profili powierzchni Ziemi. Podstawową misją GEDI jest pomiar wysokości drzew i struktury lasu w celu oszacowania ilości węgla zmagazynowanego w lasach i namorzynach. Nowe badania wspierane przez NASA Harvest ujawniają, że dane te można również wykorzystać do mapowania, gdzie uprawiane są różne rodzaje upraw.
Kiedy David Lobell, ekolog rolny z Uniwersytetu Stanforda, zobaczył badaczy wykorzystujących dane GEDI do oszacowania wysokości drzew, zastanawiał się, jak mógłby wykorzystać te dane do badania rolnictwa. Stefania Di Tommaso i Sherrie Wang, badacze z jego zespołu, wpadli na pomysł wykorzystania danych do rozróżnienia różnych rodzajów roślin uprawianych na farmach.
Wang skontaktował się z zespołem naukowym GEDI na Uniwersytecie Maryland, aby sprawdzić, czy używają tego instrumentu do badań rolniczych. Odpowiedzieli, że nie są pewni, czy dane GEDI mogą być wykorzystane do takiej aplikacji. „Ale nie powiedzieli, że to niemożliwe”, powiedział Lobell, który pomaga prowadzić badania plonów dla NASA Harvest.
Mapowanie, w którym uprawiane są określone rośliny, jest ważne dla oszacowania całkowitej produkcji głównych upraw na świecie. Jednak trudno jest wiarygodnie odwzorować rodzaje upraw z kosmosu, ponieważ wiele roślin może wyglądać tak samo na obrazach optycznych.
Lobell i jego zespół zaczęli od kukurydzy. W pełni wyrośnięte łodygi kukurydzy są o około metr wyższe niż w przypadku innych upraw, co jest zauważalną różnicą w profilach GEDI. Korzystając z tego spostrzeżenia, zespół ze Stanford połączył dane profilu lidarowego z GEDI z obrazami optycznymi z satelitów Sentinel-2 Europejskiej Agencji Kosmicznej. Byli w stanie zdalnie mapować kukurydzę w trzech regionach, w których istniały wiarygodne dane naziemne, aby potwierdzić ich obserwacje: stan Iowa w USA, prowincja Jilin w Chinach i region Grand Est we Francji.
Zdjęcia u góry strony pokazują rozmieszczenie kukurydzy i innych upraw w pobliżu Truchtersheim we Francji, mierzone od ziemi (zdjęcie po lewej) oraz z modelu GEDI-Sentinel (po prawej). Użyj suwaka, aby zobaczyć różnice. Poniższe obrazy pokazują tę samą technikę zastosowaną w trzech miejscach badania.
Algorytm Stanforda prawidłowo odróżniał kukurydzę od innych upraw z dokładnością powyżej 83 proc. Model wykorzystujący same dane z Sentinel-2 miał ogólną średnią dokładność na poziomie 64 procent. „Dwa lata temu nigdy bym nie pomyślał, że GEDI można wykorzystać w ten sposób” – powiedział Lobell.
W przyszłości zespół badawczy zamierza zmapować produkcję kukurydzy na całym świecie, co może posłużyć do zrozumienia perspektyw zbiorów kukurydzy każdego roku. Może również pomóc rolnikom i agencjom pomocowym w ocenie problemów związanych z bezpieczeństwem żywności i wyczuciu możliwych zmian w zarządzaniu, które mogłyby poprawić produkcję w głównych regionach produkujących kukurydzę.
Obrazy NASA Earth Observatory wykonane przez Lauren Dauphin, wykorzystujące dane z DiTommaso et al. (2021) i dane Landsata z US Geological Survey. Historia Emily Cassidy, NASA Earthdata.
Zobacz również nasze szczegółowe prognozy:
