可持續(xù)水管理在世界各地的干旱地區(qū)日益受到關(guān)注，科學(xué)家和監(jiān)管機構(gòu)正在轉(zhuǎn)向OpenET等遙感工具來幫助跟蹤和管理水資源。OpenET 使用 NASA 和 USGS Landsat 以及其他衛(wèi)星系統(tǒng)生成的公開數(shù)據(jù)來計算各個田地的蒸散量 (ET)，即通過土壤蒸發(fā)和植物蒸騰作用損失到大氣中的水量。該工具有可能徹底改變水資源管理，允許對用水進行現(xiàn)場規(guī)模的運營監(jiān)測，一項新研究對各種作物和自然土地覆蓋類型的 OpenET 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進行了全面分析。

在1 月 15 日發(fā)表在《自然水》雜志上的這項研究中，DRI科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)一大批研究人員將 OpenET 數(shù)據(jù)與 152 個地面微氣象站(稱為渦流協(xié)方差通量塔)產(chǎn)生的蒸散數(shù)據(jù)進行了比較。研究人員發(fā)現(xiàn)，OpenET 數(shù)據(jù)對于評估農(nóng)業(yè)環(huán)境中的蒸散量具有很高的準(zhǔn)確性，特別是對于小麥、玉米、大豆和水稻等一年生作物。這些作物的 OpenET 結(jié)果在加利福尼亞州和西南部等干旱地區(qū)特別可靠，支持使用該工具來解決持續(xù)的區(qū)域水可持續(xù)性危機。

該研究的主要作者兼助理John Volk博士表示：“考慮到 OpenET 數(shù)據(jù)在水資源管理中的使用規(guī)模和影響，OpenET 數(shù)據(jù)的用戶面臨的最大問題之一是它的準(zhǔn)確性如何。” DRI 的研究科學(xué)家和軟件工程師。“許多團體想知道農(nóng)業(yè)用地的預(yù)期錯誤率是多少，所以這是我們想在本文中解決的主要問題。”

渦流協(xié)方差站由用于計算來自地表的痕量氣體(如水蒸氣)通量的儀器和技術(shù)組成。沃爾克說，它們提供了量化地面蒸散量的最佳方法之一，這為研究人員提供了將地面觀測結(jié)果與衛(wèi)星提供的觀測結(jié)果進行比較的機會。每個站的數(shù)據(jù)都與 OpenET 模型集合進行比較，該集合結(jié)合了六個不同的基于 Landsat 的模型以生成平均值以及每個模型的數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)土地覆蓋類型和氣候區(qū)對站點進行分組，以評估 OpenET 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性如何隨這些變量變化。

“OpenET 系統(tǒng)的性能水平給我留下了深刻的印象，”Volk 說。“令人驚訝的是，這些模型的表現(xiàn)如此之好，而且它們在農(nóng)業(yè)場地中彼此的一致性如此之好，尤其是在需水量最高的生長旺季。”

對于一年生作物，OpenET 的月度、生長季節(jié)和年度蒸散量數(shù)據(jù)的平均錯誤率約為 10-20%，這在 OpenET 合作伙伴(如農(nóng)民和水管理機構(gòu))設(shè)定的目標(biāo)范圍內(nèi)。對于地中海氣候下生長的一年生作物，在生長旺季的月誤差率始終低于 10%，這凸顯了該數(shù)據(jù)的有用性。作者說，果園的準(zhǔn)確度變化較大(17%)，這可能與陰影影響較高植被的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的方式有關(guān)。

OpenET 數(shù)據(jù)還可用于監(jiān)測自然生態(tài)系統(tǒng)中的蒸散量，并且大多數(shù)自然土地覆蓋類型的誤差率在每月到每年的時間步長上每天小于 1 毫米。然而，這些生態(tài)系統(tǒng)的蒸散率通常較低，導(dǎo)致這些環(huán)境中的相對錯誤率高于農(nóng)田，范圍從森林的 35% 到灌木叢的 50%。雖然自然生態(tài)系統(tǒng)的相對誤差較高，但蒸散數(shù)據(jù)仍然可以作為干旱影響、植被水分脅迫和水資源可用性的指標(biāo)。

研究合著者賈斯汀說：“蒸散量是最難測量的水文通量之一，想到我們正在以與地面氣象站和農(nóng)業(yè)用地儀表數(shù)據(jù)相當(dāng)或更好的精度來量化這種來自太空的通量，真是太了不起了。” Huntington博士，DRI 研究教授。“陸地衛(wèi)星檔案與新的 Google Earth Engine 云計算資源的結(jié)合使用是關(guān)鍵，我們在不同研究小組之間的合作以及使用多個模型來更好地了解模型的優(yōu)點和缺點并確定需要改進的領(lǐng)域也很關(guān)鍵。”

未來的研究將集中于自然生態(tài)系統(tǒng)以及 OpenET 模型如何在不同的農(nóng)業(yè)需求管理和保護行動(例如科羅拉多河流域正在探索的行動)下進行比較。

該研究指出，盡管所有 OpenET 模型都有改進的空間，但結(jié)果表明，在開發(fā)全自動遙感技術(shù)方面取得了顯著進展，該技術(shù)可基于 PB 級 Landsat 衛(wèi)星數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)繪制大空間尺度的蒸散發(fā)圖，并具有單個字段的分辨率。云計算資源。

“農(nóng)民和水管理者越來越需要準(zhǔn)確的現(xiàn)場用水?dāng)?shù)據(jù)，”環(huán)境保護基金氣候彈性水系統(tǒng) OpenET 總監(jiān)兼高級顧問莫里斯·霍爾 (Maurice Hall) 說。“這項研究有助于證實 OpenET 在提供更精細(xì)、動態(tài)的用水情況方面發(fā)揮的重要作用，可以為實時用水決策提供有意義的信息。我們期待繼續(xù)完善和擴大 OpenET 的實施，以確保農(nóng)民、牧場主和社區(qū)能夠在水供應(yīng)壓力很大且變化無常的世界中蓬勃發(fā)展。”