クレジット:NASA
カリフォルニア州モントレー郡にある Nature's Reward Farms の Mark Mason の従業員の 1 人が、毎日 (実際には 1 日に最大 30 回) 土壌検査の結果を持ってきて議論しています。
メイソンは、「アメリカのサラダ ボウル」と呼ばれ、世界で最も生産性が高く多様な農業地域の 1 つである、カリフォルニア州のセントラル コーストに沿った 5,000 エーカーの農場の肥料と灌漑を監督しています。これらの土壌試験結果は、彼の最新ツールの 1 つである CropManage の重要な入力値です。CropManage は、カリフォルニア大学協同組合拡張によって運営されており、NASA やその他のソースからのデータを使用して、カスタマイズされた灌漑と肥料の推奨事項を作成します。作物の発育に関する衛星測定に加えて、地域の天候、土壌特性、灌漑システムの効率を測定します。
「CropManage は、外に出て土壌サンプルを採取した人に推奨事項を返します」と Mason 氏は説明します。 「彼は結果を得て、それについて私と話し合っています。私は畑がどのように見えるかを知っているので、CropManage の推奨事項を取り入れ、灌漑方法、収穫時期、土壌の種類、作物の外観、およびその土地の歴史について知っていることに基づいて決定を下します
今日果物、野菜、またはナッツを食べた場合、カリフォルニアのセントラル コーストにある Nature's Reward Farms のような農場、または近くのセントラル バレーから来た可能性が高いです。ゴールデン ステートの 20,000 平方マイルを超えるこれらの地域には、何百もの異なる作物を栽培する何千もの農場があり、毎年、米国の野菜の 3 分の 1 以上、果物とナッツの 3 分の 2 以上を生産しています。
しかし、中央カリフォルニアはあまり雨が降りません。セントラル バレーの水の大部分は、山の雪解け水と地表深くの多孔性堆積物に蓄えられた地下水を捕らえる小川と貯水池から来ています。これらの水源は、気候変動、人間の使用、自然変動による圧力の増大に直面しており、水の管理は複雑で進化し続ける問題となっています。食料品の栽培に利用できる水の量を監視することは、かつてないほど重要になっています。NASA の地球観測衛星とパートナーシップ プログラムは、農家、水資源管理者、政策立案者が州全体でますます不足している水資源を監視し、割り当てるのに役立ちます。
地球の淡水を研究している NASA の研究者が最初に尋ねる質問は、「水はどこにあるのか?」です。水蒸気、雨、雪、地上と地下の貯水池の間を絶えず循環する水は、NASA の衛星群によって追跡されています。クレジット:NASA / Katy Mersmann
給水の監視
理想的な年には、カリフォルニアの山脈に大雪が降り、冬から春にかけて雪が積もります。雪は自然の貯水池として機能し、春に気候が暖かくなるにつれて、水を保持し、川や小川に徐々に放出します。そこから、水道、運河、パイプラインのシステムが州内のより乾燥した地域に水を運びます。州の中央部の多くの農家は、この水を使用して作物を灌漑し、井戸からの地下水にも大きく依存しています.
しかし、毎年が理想的な年というわけではありません。たとえば、2021 年には、極端な暑さと干ばつが西側諸国を襲い続けています。冬の平均以下の降水量と非常に少ない降雪量は、春の高温で急速に蒸発するか、乾燥した秋と冬からまだ乾いた土壌に溶けて浸透します.その結果、貯水池を満たすための水がほとんど残っておらず、谷のさらに下にある植物に栄養を与えていました。すでにタイトに割り当てられているこの地域の水供給はさらに不足しており、一部の農家はどの作物がその水を得るかについて難しい決断を迫られています.
NASA の研究者は、中央カリフォルニアの水源、時間の経過に伴う変化、およびその理由を綿密に観察し、それに対して何をすべきかを決定するために使用できる情報を生成します。人工衛星、空中およびフィールド ミッションは、降雪量、降雨量、土壌水分レベル、地下水の枯渇、作物の健康状態、蒸発散量を追跡します。これらの指標は、システムに出入りする水の量に関するより良い情報を提供することで、農家が必要とする水の量と利用できる量を判断するのに役立ちます。
Matt Rodell は、メリーランド州グリーンベルトにある NASA のゴダード宇宙飛行センターで、水圏、生物圏、および地球物理学の地球科学の副所長を務めています。彼は、NASA の重力回復および気候実験フォローオン (GRACE-FO) ミッションのデータを使用して、世界中の地下水を研究しています。地下水は、セントラル バレーやセントラル コーストのような降水量が少なく、頻繁に干ばつに直面する場所では特に重要です。
「地下水は通常、いつでも利用できるため、非常に重要です」とロデル氏は言います。 「それは何年、何十年、何百年、何千年にもわたって蓄えられてきたもので、普通預金口座のようなものです。困難な時期に備えて、常にその水を取っておきたいと思うでしょう。」
カリフォルニアは、GRACE の研究者が研究している世界的なホットスポットの 1 つです。ここは、地下水が再充電されるよりも速く枯渇している多くの地域の 1 つです。
「人々は地下水に過度に依存するようになります」とロデルは言いました。 「理想的には、普通預金口座と同じように、長期にわたって投資額よりも支出を抑えたいと思うでしょう。しかし、カリフォルニアでは地下水を大量に使用しているため、地下水レベルは数十年にわたって低下しています。」
米国地質調査所の水文学者であり、サンディエゴにある USGS カリフォルニア水科学センターの地下水の利用可能性と利用セクションのプログラム チーフである Claudia Faunt 氏は、カリフォルニア州は最近、最初の州全体の地下水規制政策を可決しました。カリフォルニア。一部の地域では、地下水位の低下が地盤沈下につながります。地表は、下の堆積物から水が抽出され、これらの堆積物が沈降して圧縮されます。
「地盤沈下の問題はインフラストラクチャの他の部分に影響を与え、水位が低下した地域では井戸が枯渇します」とファウント氏は言います。井戸が枯渇したときにさらに深く掘削したり、水を求めて新しい井戸を掘削したりすると、費用がかかり、さらに地下水の枯渇につながる可能性があります。
積雪の減少や冬の降水パターンの変化など、この地域の水供給に対するその他の脅威は、気候変動によって引き起こされています。また、気候の温暖化は蒸発散量を増加させ、土壌の水分不足と植物の水分ストレスに寄与し、地域の天候に影響を与える可能性があります.降水パターンが変化するにつれて、将来の降雨シナリオはますます極端になる可能性があります。カリフォルニアや米国西部の他の地域では、これはおそらく干ばつのように見え、食糧生産を脅かすでしょう.
水資源が不足する季節には、NASA のデータを活用したツールを使用して、Mark Mason のような農家は、灌漑や肥料のために水と栄養素をどこに配分するかを決定できます。クレジット:NASA / Mark Mason
カリフォルニアの農家のために NASA のデータを活用
変化する状況に対処するために、カリフォルニアの農家は、米国の消費者が絶え間なく要求する果物、ナッツ、野菜を生産するのに役立つ新しいツールと技術に目を向けています。
地下水を研究する GRACE-FO に加えて、SMAP (Soil Moisture Active Passive) や MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) などのミッションが土壌水分と蒸発散量を測定し、GPM (全球降水量測定ミッション) が雨と降雪を追跡します。 NASA と米国地質調査所の共同の取り組みである主力のランドサット プログラムは、50 年近くにわたって作物の健康状態と成長を測定してきました。さらに、NASA は大学、民間企業、研究機関、その他の政府機関と協力して、このすべてのデータを機能させるツールやプログラムを作成しています。 NASA Applied Sciences と、NASA Harvest を含むその食料安全保障および農業プログラムを通じて、農家は農場でより良い決定を下すために役立つ情報にアクセスできます。
Lee Johnson は、NASA のエイムズ研究センターおよびカリフォルニア州立大学モントレーベイ校 (CSUMB) の上級研究科学者です。 NASA の応用科学プログラムのフォレスト メルトン、NASA エイムズのアルベルト グズマンおよびウィル カラーラと協力して、彼は衛星灌漑管理サポート (SIMS) システムをサポートしています。これは、公開されている地球衛星データとオープンソース モデルを使用して地図を作成するオンライン データ プラットフォームです。 4 分の 1 エーカー規模の蒸発散。
「蒸発散は水循環の非常に大きな部分を占めていますが、これまでは、蒸発散に関する多くの情報を入手するのが困難であったり、費用がかかったりしていました」と Johnson 氏は述べています。 「降水量については誰もが知っています。それはあなたの携帯電話のホーム画面にあります。しかし、蒸発散は一種の逆のプロセスです。作物生産のガイドとして使用したい生産者にとって、この情報はほとんどありませんでした。確実に測定できなければ、管理が難しくなります。」
「ほとんどの作物にとって、蒸発散量は、健康な作物を維持し、収穫量を最大化するために、灌漑または降水によって交換する必要がある水の最小量を表しています」と Melton 氏は述べています。 「SIMS からの衛星ベースのデータを CropManage にリンクすることで、Mark Mason と Nature's Reward の彼のチームのような農家は、作物の灌漑と肥料の必要性を推測する際に当て推量を取り除くことができます。」
もう 1 つの水管理ツールである GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment) も Landsat データを使用しており、今回はブドウ園の所有者を支援しています。 Landsat の熱画像と視覚画像は、ブドウ園の蒸発散量と植物の健康状態に関する情報を栽培者に提供し、ブドウ園が過湿または過乾燥にならないようにするのに役立ちます。
NASA Ames and CSUMB のシニア ソフトウェア エンジニアである Guzman 氏は、次のように述べています。カリフォルニアの畑でキャリアをスタート。 「Nature's Reward のような革新的な生産者とのパートナーシップは、ペタバイト規模の衛星データを取得し、それを日常の意思決定に使用できる情報に変換できるようにするための鍵です。」
食べ物を食卓に並べる
シエラネバダ山脈に降る最初の冬の雪を追跡する場合でも、カリフォルニアの農家が夏に不足する水供給を割り当てるのを支援する場合でも、NASA のミッションとプログラムは、栽培者が私たちが好んで食べる果物や野菜を生産し続けるのを支援します。より暖かく、より乾燥した未来。
