Новое исследование, использующее данные, собранные спутником NASA под названием Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE), позволило разработать инновационный метод определения продуктивности растений по всему миру. Результаты были опубликованы в журнале IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters.
Новый метод дистанционного зондирования
Этот метод может помочь лучше понять роль растений в поглощении углерода в глобальном масштабе и выявить, как растения реагируют на такие факторы, как изменение доступности воды и температуры. Это имеет значение для сохранения природы, сельского хозяйства и других сфер.
Исследование, проведённое под руководством Карла Ф. Хеммриха, научного сотрудника UMBC в Центре технологий и исследований в области наук о Земле (GESTAR) Центра Годдарда, показывает, что усовершенствованная камера PACE может отслеживать состояние растений, анализируя свет, который отражают листья.
Сравнивая спутниковые наблюдения с наземными измерениями, исследование подтвердило, что новый метод работает в различных ландшафтах, открывая возможности для улучшения мониторинга глобальных экосистем.
Запуск PACE
Спутник PACE был запущен в феврале 2024 года. Его прибор для наблюдения за океаном (Ocean Color Instrument, OCI) ежедневно фиксирует изображения Земли, показывая, как растения реагируют на окружающую среду в реальном времени. Хотя основная задача OCI — изучение океанов, он также собирает данные над сушей.
Как работает метод
По словам Хеммриха, растения постоянно адаптируются к окружающей среде, реагируя на такие факторы, как изменение света, температуры, влажности, доступности воды и питательных веществ. Они могут изменять площадь листьев, ориентацию листьев и распространённость различных пигментов. Все эти изменения влияют на интенсивность и длину волн света, который отражают растения, и это фиксирует OCI.
Хеммрих отмечает, что PACE обеспечивает почти ежедневные повторные наблюдения, за исключением областей, закрытых облаками. Временные ряды данных могут быть использованы для описания изменений в продуктивности растительности, связанных с сезонными изменениями, например, с началом весны и осенним старением, а также с более кратковременными эффектами, такими как засухи или похолодания.
Преимущества PACE
В отличие от более старых спутниковых методов, таких как MODIS Gross Primary Productivity, которые требовали данных о погоде, таких как температура и влажность, для оценки роста растений, PACE полагается исключительно на свет, отражённый растениями.
«Используя информацию только о спектральной отражательной способности, мы позволяем растениям показать нам свою реакцию на условия окружающей среды, а не пытаемся предсказать их реакции», — объясняет Хеммрих. Этот подход упрощает точное фиксирование краткосрочных изменений.
Исследование проверило данные PACE на соответствие наземным измерениям, полученным из сети Национальной экологической обсерватории (NEON) в США, охватывающей всё: от арктической тундры до тропических сухих лесов.
Глобальный охват PACE
Успех исследования предполагает, что метод может быть использован во всём мире. Планируется включить в будущие исследования больше площадок по всему миру, чтобы охватить ещё больше экосистем.
Это исследование может изменить подход учёных к отслеживанию поглощения углерода растениями — как они поглощают и накапливают углекислый газ, ключевой парниковый газ, — улучшая понимание того, как различные экосистемы влияют на изменение климата.
Способность быстро обнаруживать стрессовые события может также помочь фермерам и специалистам по охране окружающей среды действовать оперативно для улучшения результатов для сельскохозяйственных культур и дикой природы.
Глобальный охват PACE — это огромный шаг вперёд. «Я считаю, что новая способность описывать динамику глобальных экосистем открывает совершенно новый взгляд на экологическое функционирование Земли, который мы действительно не могли видеть раньше», — говорит Хеммрих.