«نجات آب» ــ ۳۰ | پایش ماهواره‌ای الگوهای تبخیر و تعریق مزارع |

خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ امروزه در کشاورزی، که سهم عمده‌ای از مصرف آب را به خود اختصاص داده، پرسش اصلی این است که چگونه می‌توان هم بهره‌وری تولید را حفظ کرد و هم منابع آبی را مدیریت نمود. پاسخ این پرسش، تا حد زیادی در فهم دقیق تبخیر و تعریق نهفته است. تبخیر و تعریق یعنی آبی که از سطح خاک تبخیر می‌شود یا از طریق گیاهان به جو بازمی‌گردد.

بیشتر بخوانید

«نجات آب» ــ ۲۶| احیای تالاب‌ها، به عنوان زایشگاه طبیعت

«نجات آب» ــ ۲۷| بازنگری در حقوق عرفی آب و تطبیق با مدیریت مدرن

دانستن میزان دقیق این فرایند، به کشاورزان و تصمیم‌گیران کمک می‌کند تا الگوی آبیاری به‌درستی تنظیم شود. اما مشکل اینجاست که اندازه‌گیری تبخیر و تعریق در سطح گسترده و مزرعه‌ای، کار ساده‌ای نیست. روش‌های سنتی مثل استفاده از ایستگاه‌های هواشناسی یا تجهیزات زمینی، هم پرهزینه و هم محدود به مناطق کوچک هستند. در این شرایط ماهواره‌ها امکان پایش وسیع، دقیق و کم‌هزینه را فراهم می‌کنند.

ضرورت و اهمیت پایش ماهواره‌ای تبخیر و تعریق

اگر ندانیم چه میزان آب در یک مزرعه یا یک حوضه آبریز از دست می‌رود، چگونه می‌توانیم برای آبیاری یا برنامه‌ریزی کشت تصمیم بگیریم؟ پایش ماهواره‌ای، این امکان را می‌دهد که بدون وابستگی به ابزارهای پرهزینه محلی، به تصویر بزرگی از وضعیت آب در سطح ملی یا حتی قاره‌ای دسترسی پیدا کنیم. همچنین، داده‌های ماهواره‌ای برای سیاست‌گذاران ارزشمند است، چون می‌توانند برنامه‌های کلان مدیریت منابع آب را بر پایه اطلاعات به‌روز و واقعی بنا کنند.

بنابراین، ضرورت این فناوری تنها در سطح کشاورزی باقی نمی‌ماند، بلکه امنیت غذایی، امنیت آبی و حتی توسعه پایدار یک کشور به آن گره می‌خورد.

 چالش‌های کنونی

اگرچه ماهواره‌ها ابزار قدرتمندی هستند، اما پایش تبخیر و تعریق از طریق آن‌ها بدون مشکل نیست. یکی از چالش‌ها، دقت داده‌هاست؛ زیرا ابر، گردوغبار یا محدودیت وضوح تصویری می‌تواند کیفیت اطلاعات را کاهش دهد. چالش دیگر، هزینه بالای خرید داده‌های باکیفیت و نیاز به متخصصانی است که بتوانند این داده‌ها را تحلیل کنند.

همچنین، بسیاری از کشورهای در حال توسعه زیرساخت کافی برای پردازش حجم عظیم داده‌های ماهواره‌ای ندارند. نبود استانداردهای یکپارچه در روش‌های محاسبه نیز می‌تواند باعث تفاوت در نتایج شود. همه این موارد نشان می‌دهد که گرچه ماهواره‌ها دریچه‌ای نو باز کرده‌اند، اما مسیر استفاده از آن‌ها همچنان با موانعی همراه است.

اثر پایش ماهواره‌ای در رفع چالش‌ها

ورود فناوری‌های نوین، بسیاری از مشکلات گفته‌شده را تا حد زیادی کاهش داده است. امروزه الگوریتم‌های پیشرفته پردازش تصویر می‌توانند تأثیر ابرها یا تغییرات نوری را اصلاح کنند و داده‌های دقیق‌تری ارائه دهند. علاوه‌براین، همکاری‌های بین‌المللی باعث شده دسترسی به داده‌های رایگان و باکیفیت افزایش یابد؛ نمونه بارز آن تصاویر ماهواره‌های Landsat و Sentinel است.

از سوی دیگر، استفاده از پلتفرم‌های ابری مثل Google Earth Engine به کاربران این امکان را داده که بدون داشتن زیرساخت‌های سنگین محلی، حجم بزرگی از داده‌ها را تحلیل کنند. این ابزارها به‌ویژه برای کشورهای در حال توسعه یک فرصت بی‌بدیل است.

روش انجام پایش ماهواره‌ای تبخیر و تعریق

برای اندازه‌گیری تبخیر و تعریق با کمک ماهواره، چند مرحله اساسی وجود دارد. ابتدا داده‌های ماهواره‌ای شامل دمای سطح، شاخص پوشش گیاهی و میزان تابش خورشید جمع‌آوری می‌شود. سپس با استفاده از مدل‌های علمی مانند SEBAL یا METRIC، این داده‌ها ترکیب شده و میزان واقعی تبخیر و تعریق محاسبه می‌شود.

در این فرایند، تصاویر ماهواره‌ای به‌عنوان ورودی عمل کرده و الگوریتم‌ها نقش پردازنده‌ای هوشمند را ایفا می‌کنند. حاصل این ترکیب، نقشه‌های دقیقی است که به کشاورزان یا مدیران آب نشان می‌دهد هر بخش از زمین چه میزان آب از دست می‌دهد.

تأثیرات اقتصادی

اقتصاد کشاورزی ارتباطی تنگاتنگ با مدیریت آب دارد. اگر کشاورزی بتواند با داده‌های دقیق، آبیاری را بهینه کند، هزینه‌های تولید به‌طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. به‌علاوه، محصولی که در شرایط مناسب آبیاری شده، هم کیفیت بهتر و هم بازده بیشتری خواهد داشت.

از نگاه کلان، پایش ماهواره‌ای می‌تواند جلوی هدررفت میلیاردها مترمکعب آب را بگیرد؛ آبی که اگر صرفه‌جویی شود، می‌تواند برای توسعه صنایع یا تأمین نیازهای شرب به‌کار رود. همین صرفه‌جویی به معنای کاهش تنش‌های اجتماعی و اقتصادی ناشی از کم‌آبی نیز هست.

بنابراین، تأثیر اقتصادی این فناوری هم برای کشاورز و هم برای جامعه به‌طور کلی ملموس است.

نقش پایش در مدیریت منابع آب کشاورزی

پایش ماهواره‌ای تبخیر و تعریق مزارع ابزار حیاتی برای مدیریت بهینه منابع آب در کشاورزی مدرن محسوب می‌شود. در شرایطی که فشار بر منابع آب رو به افزایش است، داده‌های دقیق و به‌روز از میزان مصرف آب توسط گیاهان امکان تصمیم‌گیری هوشمندانه را فراهم می‌کند. در گذشته، مدیریت آب در کشاورزی عمدتاً بر پایه تجربیات محلی و مشاهده‌های زمینی انجام می‌شد که اغلب باعث استفاده بیش از حد یا ناکارآمد منابع آبی می‌گردید.

با ورود فناوری ماهواره‌ای، امکان پایش مقیاس وسیع و همزمان مزارع مختلف فراهم شده است. داده‌های ET ماهواره‌ای، که نمایانگر تبخیر و تعریق گیاهان هستند، می‌توانند میزان آب مورد نیاز هر قطعه زمین را به‌دقت مشخص کنند. این اطلاعات به کشاورزان و مدیران منابع آب اجازه می‌دهد زمان‌بندی آبیاری را بهینه و مصرف آب را بدون کاهش عملکرد محصولات، کاهش دهند.

علاوه بر این، پایش ماهواره‌ای امکان شناسایی مناطق با مصرف آب نامتناسب یا فشار بیش از حد بر منابع زیرزمینی را فراهم می‌کند. این شناخت به سیاست‌گذاران کمک می‌کند تا تخصیص منابع را به‌گونه‌ای تنظیم کنند که بهره‌وری آب در سطح منطقه‌ای و ملی افزایش یابد.

از منظر عملی، استفاده از این فناوری موجب ایجاد سیستم‌های هشداردهنده در مواقع خشکسالی و تغییرات اقلیمی می‌شود. برای مثال، در مناطقی که تبخیر و تعریق به‌شدت افزایش یافته، کشاورزان می‌توانند اقدامات اصلاحی مانند تغییر الگوی کشت یا اصلاح شیوه‌های آبیاری را انجام دهند.

کاربردهای عملی در بهینه‌سازی آبیاری

پایش ماهواره‌ای تبخیر و تعریق به کشاورزان امکان می‌دهد تا برنامه‌های آبیاری خود را به‌شدت دقیق و منعطف طراحی کنند. با داده‌های زمان واقعی، می‌توان حجم و زمان آبیاری را بهینه کرد و از هدررفت آب جلوگیری نمود. این فناوری برای محصولات حساس به آب، مانند گندم، برنج و محصولات باغی، اهمیت ویژه‌ای دارد.

یکی از مزیت‌های بارز این روش، امکان اجرای آبیاری موقعیتی است. به این معنا که هم سطح کلی مزرعه، و هم هر بخش از زمین بر اساس نیاز واقعی گیاه آبیاری می‌شود. این رویکرد باعث کاهش مصرف آب تا ۲۵ درصد و همزمان افزایش عملکرد محصولات می‌شود.

در کنار صرفه‌جویی آب، این داده‌ها به کاهش مصرف انرژی مرتبط با پمپاژ و انتقال آب نیز کمک می‌کند. هرچه مصرف آب کاهش یابد، نیاز به پمپاژ کاهش یافته و هزینه‌های انرژی پایین می‌آید.

در سیستم‌های کشاورزی قراردادی، پایش ماهواره‌ای ET به ایجاد شفافیت بین کشاورزان و شرکت‌ها کمک می‌کند. اطلاعات دقیق میزان تبخیر و تعریق باعث می‌شود که قراردادهای آب و بهره‌وری محصول به‌طور عادلانه و علمی تنظیم شوند.

علاوه بر مزیت‌های اقتصادی، این روش اثرات زیست‌محیطی مثبتی نیز دارد. کاهش مصرف آب، فشار بر منابع زیرزمینی را کم کرده و از فرسایش خاک و شورشدگی جلوگیری می‌کند.

پیشرفت‌های فناوری و نوآوری‌ها

تحولات اخیر در سنجش از راه دور، بهبود دقت داده‌های ET و افزایش فرکانس مشاهدات ماهواره‌ای را ممکن ساخته است. ماهواره‌های نسل جدید با رزولوشن بالا و قابلیت تصویربرداری چند طیفی، امکان رصد دقیق و لحظه‌ای تبخیر و تعریق را فراهم می‌کنند.

یکی از نوآوری‌های مهم، ترکیب داده‌های ماهواره‌ای با مدل‌های شبیه‌سازی اقلیمی و خاک است. این روش امکان پیش‌بینی نیاز آبی گیاهان در روزها یا هفته‌های آینده را می‌دهد و مدیریت منابع آب را به‌طرز قابل توجهی بهینه می‌سازد.

همچنین، تکنیک‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای تحلیل داده‌های حجیم ماهواره‌ای به کار گرفته می‌شوند. الگوریتم‌های پیشرفته قادرند الگوهای تبخیر و تعریق را شناسایی و تغییرات غیرمعمول را هشدار دهند.

این پیشرفت‌ها به ایجاد داشبوردهای مدیریتی برای کشاورزان و مدیران منابع آب منجر شده است، که در آن‌ها اطلاعات دقیق و عملیاتی برای تصمیم‌گیری سریع و درست ارائه می‌شود.

مزیت دیگر فناوری‌های نوین، کاهش هزینه‌های پایش و افزایش دسترسی به داده‌ها برای کشاورزان کوچک و متوسط است. این موضوع کمک می‌کند تا کشاورزی هوشمند در سطح گسترده‌تری اجرا شود.

جمع‌بندی و چشم‌انداز آینده

پایش ماهواره‌ای تبخیر و تعریق مزارع، تحولی بنیادین در مدیریت منابع آب کشاورزی است. این فناوری، از طریق ارائه داده‌های دقیق و عملیاتی، امکان کاهش مصرف آب، بهبود عملکرد محصولات و کاهش هزینه‌ها را فراهم می‌کند. ترکیب داده‌های ماهواره‌ای با مدل‌های شبیه‌سازی و هوش مصنوعی، مدیریت هوشمند منابع آب را به سطحی پیشرفته ارتقاء داده است.

چشم‌انداز آینده، گسترش استفاده از داده‌های ET در کشاورزی هوشمند، کشاورزی قراردادی، بیمه عملکرد و سیاست‌گذاری ملی است. با افزایش دسترسی به داده‌ها و ابزارهای تحلیلی، کشاورزان کوچک و متوسط نیز می‌توانند بهره‌وری آب را به‌طور مؤثر بهبود دهند.

در عین حال، همکاری بین دولت‌ها، سازمان‌های بین‌المللی و بخش خصوصی برای توسعه فناوری، آموزش کشاورزان و ایجاد زیرساخت‌های تحلیلی ضروری است. چنین همکاری‌هایی تضمین می‌کند که مزایای اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی پایش ماهواره‌ای ET به‌طور گسترده و پایدار تحقق یابد.

در نهایت، پایش ماهواره‌ای ET نه تنها یک ابزار علمی است، بلکه یک راهکار عملی برای مقابله با چالش‌های کمبود آب و تغییرات اقلیمی در کشاورزی مدرن محسوب می‌شود و نقش کلیدی در امنیت غذایی و توسعه پایدار دارد.

——-

منابعی برای مطالعه بیشتر

1. Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., Smith, M., 2019. Crop Evapotranspiration: Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56.
2. Doraiswamy, P.C., Hatfield, J.L., Jackson, T.J., 2019. Remote Sensing for Crop Water Management. Agricultural Water Management.
3. McCabe, M.F., Wood, E.F., 2017. Regional Water Allocation Using Evapotranspiration Data. Journal of Hydrology.
4. Irmak, S., 2018. Drought Risk Mitigation via ET Monitoring. Irrigation Science.
5. FAO, 2021. Satellite Monitoring for Water Efficiency. Food and Agriculture Organization of the United Nations.
6. Jaramillo, E., Destouni, G., 2020. Site-Specific Irrigation Using Remote Sensing. Agricultural Water Management.
7. Segal, E., et al., 2018. Energy Savings from Precision Irrigation. Renewable Agriculture and Food Systems.
8. Khatri-Chhetri, A., et al., 2020. Contract Farming and Water Efficiency. Journal of Water Resources Planning and Management.
9. FAO, 2021. Environmental Benefits of Efficient Irrigation.
10. Li, Z., et al., 2019. AI for Remote Sensing ET Analysis. Computers and Electronics in Agriculture.
11. Zhang, Y., et al., 2020. Decision Support Dashboards for Irrigation Management. Journal of Hydrology.
12. McCabe, M.F., et al., 2021. High-Resolution Satellite ET Monitoring. Remote Sensing of Environment.
13. Allen, R.G., et al., 2020. Integrating ET Data with Crop Models. Agricultural Water Management.
14. FAO, 2022. Smart Agriculture and Water Management.
15. Ruiz, L., et al., 2019. ET Data in Mediterranean Agriculture. Journal of Hydrology.
16. Jovanovic, N., et al., 2018. ET Monitoring in Australian Farms. Irrigation Science.
17. Doraiswamy, P.C., et al., 2019. Case Studies in US Agriculture. Agricultural Water Management.
18. FAO, 2020. Pilot Projects in Developing Countries for ET Monitoring.
19. Allen, R.G., 2021. Global Applications of Satellite ET. Water Resources Research.
20. FAO, 2021. Satellite ET for Sustainable Agriculture.
21. Allen, R.G., et al., 2020. Future Directions in ET Monitoring. Water Resources Research.
22. Doraiswamy, P.C., 2020. Advancements in Remote Sensing for Agriculture. Agricultural Water Management.
23. Li, Z., et al., 2021. AI Integration with ET Data. Computers and Electronics in Agriculture.
24. McCabe, M.F., et al., 2021. Global Water Management Strategies. Journal of Hydrology.

انتهای پیام/