Мгновенное высыхание: что спутниковые данные могут рассказать нам о рисках внезапной засухи и регионах, за которыми нам следует следить

Стив Левай | 10 июля 2023 г.

Авторы: Стивен Левай и Меган Зарода.

Наборы данных, созданные и проанализированные Арьяном Гирсом

Визуализации Макса Боррмана

Особая благодарность Ричарду Де Жеу, Маартену Ламбрехтсу, Райдеру Кимбаллу и Йоану Мальбето.

Во всем мире засуха, возможно, является самым большим врагом, с которым сталкиваются фермеры. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, последствия засухи особенно болезненны для сельского хозяйства в странах с низкими доходами и менее развитых странах, где более 34% всех сельскохозяйственных потерь могут быть связаны с засухой. Угрозу засухи также становится все труднее прогнозировать. Недавнее исследование показало, что засухи, которые формируются всего за несколько недель (так называемые внезапные засухи), становятся все чаще и быстрее. За последние несколько десятилетий соотношение быстро развивающихся и медленно развивающихся засух увеличилось более чем на 74%.

Эти внезапные засухи, усугубляемые изменением климата, отличаются тем, что в сочетании с длительными периодами малого количества осадков резкие волны тепла вызывают экстремальное испарение. Представьте себе ненасытно жаждущую атмосферу, которая становится настолько жаркой и сухой, что буквально высасывает воду прямо из посевов и почвы.

Хотя существующие системы мониторинга, включая спутниковые данные, не могут предсказать, где и когда может возникнуть следующая внезапная засуха, мы можем использовать планетарную экспертизу в качестве иллюстративного инструмента для оценки риска засухи и выявления регионов, которые особенно подвержены засухе. На основе модели, реализованной Planet с февраля по май 2023 года, наши данные о содержании почвенной воды (SWC) выявили условия внезапной засухи в следующих регионах:

Мы углубимся в динамику, характерную для этих регионов, далее в рамках серии, состоящей из нескольких частей, в которой будут изучены способы использования глобального охвата этого набора данных для выявления рисков засухи на всей поверхности Земли. Но сейчас давайте посмотрим, как мы можем использовать данные о содержании воды в почве для анализа быстрых изменений глобальной влажности почвы.

Как спутниковые данные могут выявить риск засухи

Засуха — это динамическое явление, и содержание воды в почве планеты, один из наших наборов данных планетарных переменных, позволяет получить снимок условий, которые сигнализируют о засухе, с помощью детальных измерений в реальном времени. Содержание воды в почве использует данные, собранные спутниками, запущенными и поддерживаемыми НАСА, ЕКА и JAXA, которые используют пассивные микроволновые данные для расчета процентного содержания воды, присутствующей в верхнем слое почвы, с повышенным разрешением.

Чтобы глубже понять, где происходят внезапные засухи, мы визуализировали глобальные измерения данных SWC в течение всего года, с августа 2021 года по июль 2022 года. На карте более засушливые регионы показаны желтым цветом, а более влажные — зеленым. Если в течение года собрать десятки карт, получится анимированная версия, и в этом движении выявляются четкие региональные закономерности и тенденции.

Рисунок 2. Совмещение карт содержания почвенной воды создает анимацию, которая может показать изменение условий засухи с течением времени.*

Некоторые основные сезонные закономерности очевидны: например, ежегодная весенняя оттепель в Арктике или летний муссон в Индии. Постоянно засушливые регионы, такие как Сахара и Аравийские пустыни, также видны круглый год. Но это заметно и тревожно, когда в некоторых регионах наблюдаются более длительные или интенсивные периоды засухи, как то, что показано в анимации на западе США или в Центральном Китае. Данные планетарных переменных охватывают период до двух десятилетий, поэтому мы можем сравнивать региональные закономерности с историческим контекстом, как мы это сделали в недавнем сообщении в блоге о засухе на Африканском Роге.

Акцент на риске засухи

Даже не используя архивные данные, нашей команде было интересно использовать технику для изучения быстрых изменений содержания воды в почве (SWC). Команда под руководством доктора Эсвара Раджасекарана использовала аналогичные данные, чтобы показать, что изменения влажности почвы в течение определенных интервалов тесно коррелируют с индексами мониторинга засухи. Опираясь на эту работу, наша команда создала набор данных, показывающий изменение SWC за 28-дневный период, который мы можем использовать для построения карты, подобной приведенной ниже.