NASA spojrzała z orbity na rowy z wodą. Znalazła globalny układ krwionośny rolnictwa

Z góry wyglądają po prostu jak cienkie kreski wycięte w polach. W rzeczywistości to jednak ogromna sieć, która przenosi wodę z rzek i zbiorników do miejsc produkujących żywność dla miliardów ludzi. Tyle że dużej części tego systemu właściwie nie potrafimy na bieżąco obserwować. Satelita SWOT miał zajmować się przede wszystkim oceanami, jeziorami i rzekami. Naukowcy związani z University of Washington odkryli jednak, że z orbity potrafi zaglądać także do kanałów irygacyjnych, nawet tych mających mniej niż 20 m szerokości.

Kanały irygacyjne można trochę potraktować jak system krwionośny rolnictwa. Rzeka lub zbiornik jest źródłem, od którego odchodzą coraz mniejsze odnogi prowadzące wodę do pól. Jeżeli w którymś miejscu przepływ słabnie albo znika, konsekwencje mogą pojawić się dziesiątki czy setki kilometrów dalej.

Największy problem tkwi tak naprawdę w tym, że w wielu regionach świata właściwie nie wiadomo na bieżąco, ile wody znajduje się w poszczególnych kanałach. Są wodowskazy, lokalne pomiary, kontrole terenowe i raporty zarządców, ale ogromna część sieci pozostaje słabo monitorowana.

Naukowcy związani przede wszystkim z University of Washington postanowili sprawdzić, czy problem może rozwiązać satelita, który już krąży nad naszymi głowami. W opublikowanym w Geophysical Research Letters badaniu przeanalizowali dane z misji SWOT dla około 795 tys. km kanałów w 22 krajach Azji.

SWOT nie został zaprojektowany jako satelitarny strażnik kanałów nawadniających pola. Surface Water and Ocean Topography to wspólna misja NASA i francuskiej CNES, z udziałem agencji kanadyjskiej i brytyjskiej. Satelita poleciał na orbitę w grudniu 2022 r., żeby wykonywać bardzo dokładne pomiary wysokości powierzchni oceanów oraz wód śródlądowych.

Na Spider’s Web pisaliśmy o SWOT już w 2023 r., kiedy jego najważniejszy instrument niespodziewanie się wyłączył. Ostatecznie misja zaczęła normalną pracę i dziś regularnie obserwuje niemal całą planetę. Jej główną bronią jest radar interferometryczny. W dużym uproszczeniu satelita potrafi niezwykle dokładnie mierzyć wysokość powierzchni wody i śledzić jej zmiany w czasie. Dzięki temu widzi, jak zmieniają się jeziora, rzeki czy powierzchnia oceanów.

Kanały irygacyjne wydawały się jednak zbyt małe. Wiele z nich ma szerokość kilkunastu albo nawet kilku metrów. To okolice dolnej granicy możliwości instrumentu SWOT, gdzie sygnał od wody zaczyna mieszać się z sygnałem pochodzącym od ziemi, roślin i infrastruktury stojącej obok. Okazało się, że mimo tego da się z danych wyciągnąć znacznie więcej, niż zakładano.

Sam satelita jednak nie wystarczył. Potrzebna była jeszcze mapa tego gigantycznego układu. Rok wcześniej część tego samego zespołu przygotowała GRAIN, czyli Global Registry of Agricultural Irrigation Networks. Wykorzystując otwarte dane kartograficzne i uczenie maszynowe, badacze zmapowali około 3,8 mln km kanałów irygacyjnych na świecie. Dopiero na taką mapę nałożono obserwacje SWOT.

Badacze nie sprawdzali po prostu, czy satelita widzi w danym miejscu jasną plamkę przypominającą wodę. Dla kolejnych odcinków analizowali m.in. siłę sygnału względem szumu, ciągłość obserwacji i to, czy zmierzony spadek powierzchni wody ma sens w porównaniu z ukształtowaniem terenu. Większość takich kanałów wykorzystuje grawitację. Woda powinna więc płynąć w kierunku zgodnym z nachyleniem terenu. Jeżeli satelita pokazuje coś zupełnie innego, rośnie prawdopodobieństwo, że patrzymy na zakłócenie zamiast rzeczywistego pomiaru.

Metodę dodatkowo porównano z prawdziwymi pomiarami wykonywanymi w kanałach w Stanach Zjednoczonych. Odcinki, którym algorytm przyznawał większe zaufanie, rzeczywiście dawały mniejsze błędy pomiaru poziomu wody.

SWOT nie widzi jednak wszystkiego. Najlepiej wypadają szerokie, uporządkowane kanały biegnące przez stosunkowo otwarty teren. Szczególnie dobre wyniki uzyskano m.in. w dorzeczu Indusu, na Nizinie Hindustańskiej, w delcie Bangladeszu, na Nizinie Chińskiej i w części delty Mekongu.

Największym przeciwnikiem okazała się tak naprawdę gęsta roślinność. Drzewa i inne rośliny otaczające kanał utrudniają radarowi oddzielenie sygnału wody od wszystkiego, co znajduje się dookoła. Kłopotliwe są też bardzo wąskie i nieregularne cieki.

Nie jest więc tak, że NASA właśnie dostała możliwość precyzyjnego odczytania poziomu wody z każdego rowu melioracyjnego na Ziemi. To zresztą ważne doprecyzowanie również dla najbardziej efektownej liczby. Analiza obejmowała 22 kraje Azji, a nie cały świat. Region wybrano celowo, bo właśnie tam rolnictwo nawadniane kanałami ma gigantyczne znaczenie dla bezpieczeństwa żywnościowego około 3 mld ludzi. Wyniki wskazują, że podobne podejście można rozszerzyć na inne części globu. Tego jednak trzeba jeszcze dowieść kolejnymi obserwacjami.

Wyobraźmy sobie rolnika planującego zasiew ryżu, czyli uprawy potrzebującej dużych ilości wody. Z danych o kanałach wynika, że dostawy w danym sezonie będą wyraźnie słabsze. Zamiast przekonać się o tym wtedy, gdy rośliny już są na polu, można wcześniej wybrać mniej wymagającą uprawę. System może też wskazywać miejsca, w których poziom wody nagle spada, przepływ staje się podejrzanie wolny albo część sieci przestaje działać tak jak wcześniej.

Będzie to zatem szczególnie cenne podczas suszy, kiedy każdy dodatkowy metr sześcienny wody zaczyna mieć znaczenie. W Polsce już widzimy, jak szybko niedobory wody potrafią uderzać w rolnictwo. W wielu częściach Azji zależność między kanałem a plonami jest jeszcze bardziej bezpośrednia.

Zobacz także:

SWOT wpisuje się przy tym tak naprawdę w znacznie większą zmianę. Satelity Landsat i Sentinel już dzisiaj pozwalają śledzić stan pól, suszę czy kondycję roślin z częstotliwością, o której jeszcze niedawno można było tylko marzyć. Teraz do obrazu samego pola dochodzi informacja o wodzie, która ma na nie dotrzeć.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI