Während Kalifornien eine weitere Dürre übersteht, werden Werkzeuge geschärft, die Landwirten und Viehzüchtern helfen können, das Wasser, das sie erhalten, zu maximieren.
Der neueste Versuch, diesen Wasserverbrauch zu messen, wurde letzte Woche von einer öffentlich-privaten Koalition mit drei Bundesbehörden gestartet – der National Aeronautics and Space Administration; das US-Landwirtschaftsministerium; und der US Geological Survey – und eine Reihe von Universitäten und privaten Einrichtungen. OpenET, das darauf abzielt, den Wasserverbrauch in 17 westlichen Bundesstaaten zu verfolgen, ging am 21. Oktober live und ist unter verfügbar www.openetdata.org
ET bezieht sich auf Evapotranspiration, den Prozess, bei dem Wasser von Landoberflächen verdunstet und von Pflanzen verdunstet.
Robyn Grimm, Direktorin für klimabeständige Wassersysteme beim Environmental Defense Fund, verglich die Verwaltung von Wasser ohne Evapotranspirationsdaten mit der Verwaltung eines Haushaltsbudgets, ohne zu wissen, wie viel Geld ausgegeben wird.
„Es ist die zweitgrößte Komponente des Wasserkreislaufs und kann als das Gegenteil von Niederschlag angesehen werden“, sagte Grimm auf einer virtuellen Pressekonferenz, auf der der Start letzte Woche angekündigt wurde. „Es ist Wasser, das die Landoberfläche verlässt und zurück in die Atmosphäre gelangt, und als solches ist es ein Maß für das Wasser, das in einem lokalen System nicht mehr verwendet werden kann, sobald es auf die Landschaft aufgetragen wurde.“
Das Programm beginnt mit Satellitenbeobachtungen von Landsat, einer gemeinsamen Mission der NASA und des Geological Survey. Das Programm hat drei Satelliten im Orbit, von denen der neueste Anfang September gestartet wurde. Es werden auch Daten von anderen Satelliten der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation verwendet.
Forrest Melton, ein Forschungswissenschaftler am Western Water Applications Office der NASA, sagte auf der Pressekonferenz, dass die Verdunstung Energie verbraucht und die Oberfläche kühlt, von der Wasser verdunstet.
„Dieser Kühleffekt ist für den thermischen Infrarotsensor von Landsat sichtbar, der höhere ET-Raten als kühlere Landoberflächentemperaturen erkennt“, sagte Melton. „Kühlere Temperaturen wiederum bedeuten, dass mehr Wasser verbraucht oder von Pflanzen verdunstet und auch von der Landoberfläche verdunstet.“
Pflanzen reflektieren je nach Zustand der Vegetation unterschiedliche Mengen an Infrarot- und Nahinfrarotlicht, stellte Melton fest.
„Dies ermöglicht uns, ET für fast jedes landwirtschaftliche Feld im Westen zu berechnen und auch die Auswirkungen von Dürre (und) Waldbränden in der Landschaft mit enormer Detailgenauigkeit zu messen“, sagte Melton.
Durch die Kombination der Satellitendaten mit meteorologischen Daten können Wissenschaftler die Evapotranspirationsraten für jedes Pixel eines Satellitenbilds berechnen, sagte Melton und fügte hinzu, dass jedes Pixel 30 mal 30 Meter oder etwa ein Viertel eines Morgens misst.
Auch auf diesem Gebiet gibt es Bemühungen des Privatsektors. Joel Kimmelshue startete LandIQ im Jahr 2007 mit einigen der gleichen zugrunde liegenden Technologien im Auftrag seiner Kunden.
„Wir hängen unseren Hut darauf, direkt mit dem Erzeuger kommunizieren zu können und zu verstehen, wie ein Erzeuger denkt, weil ich aus diesem Umfeld komme“, sagte Kimmelshue, der aus einer Bauernfamilie in Butte County stammt. Seine Technologie bohrt bis zu einer kleineren Auflösung als OpenET 10 Meter mal 10 Meter oder 0.02 Acre – und die Daten sind nur für den Kunden verfügbar. OpenET-Daten hingegen werden der Öffentlichkeit in begrenztem Umfang zur Verfügung stehen.
Zusätzlich zu den Kartierungsarbeiten für das State Department of Water Resources führt LandIQ die Erhebung von Evapotranspirationsdaten für eine Reihe von Bewässerungsbezirken und Agenturen für Grundwassernachhaltigkeit im südlichsten Abschnitt des San Joaquin Valley durch.
„Sie verwenden die Daten, um den Erzeugern jetzt tatsächlich das Wasser in Rechnung zu stellen, das sie verbrauchen – wie viel Wasser verdunsten die Pflanzen im Vergleich zur traditionelleren Abrechnungsstruktur, wie viel Wasser Sie angewendet haben? Wie viel Wasser hast du gepumpt?“ sagte Kimmelshue.
„Nicht jeder Tropfen Wasser, der auf die Bodenoberfläche aufgetragen wird, wird von der Pflanze genutzt“, fügte er hinzu. „Sie möchten, wenn möglich, einen Wirkungsgrad von etwa 90 % oder so erreichen, aber der Rest des Wassers geht zurück ins Grundwasser.“
Ein Wirkungsgrad von 90 %, erklärte Kimmelshue, bedeutet, dass ein Prozentsatz des Wassers von der Pflanze oder dem Baum aufgenommen wird.
„Dieser Wirkungsgrad kann bis zu 50 % betragen, je nachdem, wie Sie mit dem Wasser umgehen“, sagte er. „Wenn Sie einfach Ihre Pumpe einschalten und drei Tage lang Wasser ausbringen, werden Sie viel mehr Wasser ausbringen, als die Pflanzen verbrauchen können. Wenn Sie Ihre Pumpe einschalten und je nach Bedarf der Pflanzen Wasser zuführen, was unsere Daten liefern, können Sie Ihr Pumpen viel effizienter verwalten.“
Kimmelshue glaubt nicht nur den Satelliten beim Wort – er und seine Mitarbeiter verbringen viel Zeit unterwegs.
„Unser kleines Unternehmen konzentriert sich auf schwere Bodenwahrheit“, sagte Kimmelshue. „Wir haben ein Netzwerk von etwa 80, mittlerweile fast 90 Stationen, klimatischen Umweltstationen am Boden, die Dinge wie Windgeschwindigkeit und Temperatur und Feuchtigkeit und Nettostrahlung usw. messen, um die tatsächliche ET zu berechnen. Wir verwenden dies als Kalibrierungsdatenstapel, um die Modelle zu trainieren.“
Seine Erntekartierungsarbeit ist ebenfalls nützlich, bemerkte er.
„Wir integrieren diese Pflanzenkartierung in unsere Analyse“, sagte Kimmelshue. „Wir können den ET von Mandeln, den ET von Walnüssen und den ET von Luzerne betrachten.“
Diese Daten, sagte er, sollten Landwirten und Viehzüchtern helfen, damit umzugehen, unter einem Mikroskop zu sein.
„Züchter werden derzeit so genau untersucht, ob sie effizienter, effizienter, noch effizienter sein sollen – weniger pumpen, weniger pumpen, weniger pumpen“, sagte Kimmelshue. „Aufgrund des (Sustainable Groundwater Management Act) wird im südlichen (San Joaquin) Valley und möglicherweise in anderen Gebieten des Bundesstaates wahrscheinlich ein erheblicher Teil des Bodens brach liegen. Die Erzeuger werden diese Wasservorräte so weit wie möglich ausdehnen. Sie sind absolut motiviert, sich zu diesem Zeitpunkt nicht zu sehr zu bewerben.“
- Kevin Hecteman, California Farm Bureau Federation