Mối đe dọa ngày càng tăng của hạn hán và nhu cầu nước tăng đã tạo nên dự báo chính xác về việc sử dụng nước mùa màng, rất quan trọng đối với việc quản lý và bền vững nước nông nghiệp.

Nhưng các hạn chế trong các mô hình và dữ liệu vệ tinh hiện tại đặt ra thách thức cho các ước tính chính xác về sự thoát hơi nước - sự kết hợp giữa sự bốc hơi từ đất và sự thoát hơi nước từ thực vật, theo các nhà nghiên cứu. Quá trình này được cho là phức tạp và khó mô hình hóa, và dữ liệu viễn thám hiện có thường khó khăn trong việc cung cấp thông tin chính xác, độ phân giải cao trên cơ sở hàng ngày.

Các nhà nghiên cứu thuộc Trung tâm Đổi mới năng lượng sinh học và sản phẩm sinh học (CABBI) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã phát triển một khung ánh xạ độ phân giải cao mới có tên BESS-STAIR nhằm giải quyết vấn đề trên. BESS-STAIR bao gồm một mô hình lý sinh điều khiển bằng vệ tinh tích hợp các chu trình nước, carbon và năng lượng của thực vật - Bộ mô phỏng hệ thống hơi thở trái đất (BESS) - với thuật toán nhiệt hạch chung và hoàn toàn tự động được gọi là STAIR (SaTellite dAta IntegRation).

Khung này đã được thử nghiệm tại 12 địa điểm trên Vành đai ngô Hoa Kỳ và được đánh giá đã đạt được hiệu suất cao nhất được báo cáo trong bất kỳ nghiên cứu học thuật nào cho đến nay.

“BESS-STAIR có tiềm năng lớn để trở thành một công cụ đáng tin cậy để quản lý tài nguyên nước và các ứng dụng nông nghiệp chính xác cho Vành đai ngô của Hoa Kỳ và thậm chí trên toàn thế giới, đưa ra mức độ bao phủ toàn cầu của dữ liệu đầu vào của nó, Chuyên gia nghiên cứu sau tiến sĩ Chongya Jiang, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết. 

Các phương pháp viễn thám truyền thống để ước tính sự thoát hơi nước phụ thuộc rất nhiều vào dữ liệu bức xạ nhiệt, đo nhiệt độ của tán cây và đất khi chúng làm mát qua quá trình bay hơi. Nhưng những phương pháp đó có hai nhược điểm, các nhà nghiên cứu giải thích: các vệ tinh không thể thu thập dữ liệu về nhiệt độ bề mặt vào những ngày nhiều mây; và dữ liệu nhiệt độ không chính xác lắm, điều này ảnh hưởng đến độ chính xác của ước tính thoát hơi nước.

Thay vào đó, nhóm CABBI tập trung vào các chu trình năng lượng-nước-carbon của thực vật. Thực vật thoát nước vào khí quyển thông qua các lỗ trên lá của chúng được gọi là khí khổng. Khi nước chảy ra, carbon dioxide đi vào, cho phép thực vật tiến hành quang hợp và hình thành sinh khối.

Mô hình BESS-STAIR trước tiên ước tính quang hợp, sau đó lượng carbon và nước đi vào và ra, và mô hình mọi thời tiết sử dụng hệ số phản xạ bề mặt, có nghĩa là nó có thể hoạt động vào những ngày trời nhiều mây.

Thuật toán STAIR hợp nhất dữ liệu từ hai hệ thống vệ tinh bổ sung - Landsat và MODIS - để cung cấp dữ liệu có độ phân giải cao hàng ngày, cung cấp cả độ phân giải không gian cao và thời gian cao.

Đây không phải là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu kết hợp dữ liệu từ hai cảm biến vệ tinh, nhưng các phương pháp trước đây đã hoạt động trong một khu vực nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn, Kaiyu Guan, Trợ lý Giáo sư tại Khoa Khoa học Tự nhiên và Môi trường (NRES) cho biết.

Sử dụng dữ liệu từ năm 2000 đến 2017, nhóm đã áp dụng BESS-STAIR tại 12 địa điểm trên Vành đai ngô, xác nhận toàn diện các ước tính thoát hơi nước của nó với các phép đo tháp thông lượng tại mỗi địa điểm. Họ đã đo lường độ chính xác tổng thể cũng như các biến thể không gian, theo mùa và giữa các năm.

“Chúng tôi có thể cung cấp lượng nước bốc hơi hàng ngày với độ phân giải 30m bất cứ lúc nào và bất cứ nơi nào trong Vành đai ngô của Hoa Kỳ trong vài giờ, đó là điều chưa từng có”, ông Guan Guan cho biết.

Sự đột phá sẽ mang lại lợi ích thiết thực, theo thời gian thực cho nông dân Mỹ đối phó với mức độ nghiêm trọng ngày càng tăng của hạn hán, như được ghi nhận trong một số nghiên cứu gần đây, họ giải thích.

“Nông nghiệp chính xác là một trong những mục tiêu chính của chúng tôi. Sự thoát hơi nước rất quan trọng đối với việc tưới tiêu và cũng rất quan trọng đối với việc quản lý nước”, ông Guan nói. “Đây là một giải pháp vượt ra ngoài các mục tiêu thử nghiệm và tác động đến thế giới thực, cho hàng triệu lĩnh vực ở khắp mọi nơi”.

Nguồn: https://www.mard.gov.vn/