Kunci NASA untuk memprediksi kekeringan mendadak

Peningkatan produktivitas tanaman yang tidak biasa mungkin mengindikasikan akan terjadinya kehilangan air tanah secara parah. NASA Satelit melacak cahaya halus ini, memberikan peringatan dini mengenai potensi kekeringan di berbagai lanskap.

Kekeringan yang melanda dengan cepat dan tanpa peringatan, yang melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat pada musim panas tahun 2012, merupakan salah satu kekeringan terluas yang pernah terjadi di negara ini sejak Dust Bowl yang berlangsung selama bertahun-tahun pada tahun 1930an. “Kekeringan kilat,” yang dipicu oleh panas ekstrem yang membakar kelembapan tanah dan tanaman, menyebabkan kegagalan panen yang meluas dan kerugian ekonomi yang menelan biaya lebih dari $30 miliar.

Meskipun kekeringan biasa dapat terjadi sepanjang musim, kekeringan mendadak ditandai dengan kekeringan yang cepat. Hal ini dapat terjadi dalam beberapa minggu dan sulit diprediksi. di dalam Penelitian baru-baru iniSebuah tim yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Jet Propulsion Laboratory NASA di California Selatan mampu mendeteksi tanda-tanda kekeringan mendadak tiga bulan sebelum kekeringan terjadi. Di masa depan, pemberitahuan awal ini dapat membantu upaya mitigasi.

Bagaimana mereka melakukannya? Dengan mengikuti cahayanya.

Di sebuah ladang di Kentucky bagian barat, alat penyemprot menutupi tanaman untuk persiapan musim tanam. Para ilmuwan NASA sedang mencari instrumen berbasis ruang angkasa untuk membantu memprediksi kekeringan yang cepat dan tidak kentara yang menyebabkan kerugian pertanian besar-besaran dalam beberapa tahun terakhir. Sumber: USDA/Justin Beus

Sinyal terlihat dari luar angkasa

selama FotosintesisKetika tanaman menyerap sinar matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi makanan, klorofil akan “membocorkan” beberapa foton yang tidak terpakai. Cahaya redup ini disebut fluoresensi terinduksi matahari, atau SIF. Semakin kuat fluoresensinya, semakin banyak karbon dioksida yang diserap tanaman dari atmosfer untuk mendukung pertumbuhannya.

Meskipun cahayanya tidak terlihat dengan mata telanjang, namun dapat dideteksi oleh instrumen di satelit seperti Orbiting Carbon Observatory 2 (OCO-2) milik NASA. OCO-2 diluncurkan pada tahun 2014 untuk memantau American Midwest Bersinar selama musim tanam.

Tumbuhan yang sedang tumbuh memancarkan suatu bentuk cahaya yang dapat dideteksi oleh satelit NASA yang mengorbit ratusan mil di atas Bumi. Bagian Amerika Utara tampak bersinar dalam visualisasi ini, yang menggambarkan rata-rata tahun. Warna abu-abu menunjukkan area dengan sedikit atau tanpa fluoresensi; Merah, merah muda dan putih menunjukkan fluoresensi tinggi. Sumber: Studio Visualisasi Ilmiah NASA

Para peneliti membandingkan data pendaran selama bertahun-tahun dengan daftar kekeringan mendadak yang melanda Amerika Serikat antara bulan Mei dan Juli dari tahun 2015 hingga 2020. Mereka menemukan efek domino: Dalam minggu-minggu dan bulan-bulan menjelang kekeringan mendadak, tanaman pada awalnya tumbuh subur sesuai kondisi. berubah. Hangat dan kering. Tanaman yang sedang mekar mengeluarkan sinyal fluoresen yang sangat kuat sepanjang tahun ini.

Namun dengan mengurangi pasokan air tanah secara bertahap, tanaman telah menimbulkan bahaya. Ketika suhu ekstrem tiba, tingkat kelembapan yang sudah rendah turun, dan kekeringan mendadak terjadi dalam beberapa hari.

Tim menghubungkan pengukuran fluoresensi dengan data kelembapan dari satelit SMAP NASA. Kependekan dari Soil Moisture Active Passive, SMAP melacak perubahan air tanah dengan mengukur intensitas emisi gelombang mikro alami dari permukaan bumi.

Para ilmuwan menemukan bahwa pola fluoresensi yang tidak biasa berkorelasi sangat baik dengan hilangnya kelembapan tanah selama periode enam hingga 12 minggu sebelum kekeringan mendadak. Pola yang konsisten muncul di berbagai bentang alam, mulai dari hutan beriklim sedang di Amerika Serikat bagian timur hingga Great Plains dan semak belukar di bagian Barat.

Oleh karena itu, fluoresensi tanaman “menunjukkan harapan sebagai indikator peringatan dini yang dapat diandalkan mengenai kekeringan mendadak dengan waktu yang cukup untuk mengambil tindakan,” kata Nicholas Barrazo, ilmuwan bumi di Universitas California. Laboratorium Propulsi Jet Dia adalah penulis utama studi terbaru ini.

Jordan Gerth, seorang ilmuwan di kantor pemantauan Layanan Cuaca Nasional yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan dia senang melihat tindakan terhadap kekeringan mendadak, mengingat perubahan iklim kita. Dia mencatat bahwa pertanian mendapat manfaat dari prediktabilitas jika memungkinkan.

Meskipun peringatan dini tidak dapat menghilangkan dampak kekeringan yang tiba-tiba, Gerth mengatakan, “petani dan peternak dengan operasi tingkat lanjut dapat memanfaatkan air untuk irigasi dengan lebih baik guna mengurangi dampak tanaman, menghindari menanam tanaman yang kemungkinan besar akan gagal, atau menanam jenis tanaman lain. .” Untuk mencapai pengembalian optimal jika mereka memiliki waktu tunggu berminggu-minggu hingga berbulan-bulan.

Lacak emisi karbon

Selain mencoba memprediksi kekeringan mendadak, para ilmuwan juga ingin memahami pengaruhnya terhadap emisi karbon.

Dengan mengubah karbon dioksida menjadi makanan selama fotosintesis, tumbuhan dan pepohonan bertindak sebagai “penyerap” karbon, yang menyerap lebih banyak karbon dioksida dari atmosfer daripada yang dilepaskannya. Banyak jenis ekosistem, termasuk lahan pertanian, berperan dalam… Siklus karbon – Pertukaran atom karbon yang berkelanjutan antara Bumi, atmosfer, dan lautan.

Para ilmuwan menggunakan pengukuran karbon dioksida dari satelit OCO-2, bersama dengan model komputer canggih, untuk melacak serapan karbon oleh tanaman sebelum dan sesudah kekeringan mendadak. Tanaman yang terkena tekanan panas menyerap lebih sedikit karbon dioksida dari atmosfer, sehingga para peneliti berharap dapat menemukan lebih banyak karbon bebas. Apa yang mereka temukan justru merupakan tindakan penyeimbang.

Suhu hangat sebelum terjadinya kekeringan mendadak menggoda tanaman untuk meningkatkan penyerapan karbon dibandingkan kondisi normal. Penyerapan karbon yang tidak wajar ini, rata-rata, cukup untuk mengkompensasi penurunan penyerapan karbon akibat kondisi hangat yang terjadi. Penemuan mengejutkan ini dapat membantu meningkatkan prediksi model siklus karbon.

Satelit OCO-2 merayakan tahun ke-10 mengorbitnya pada musim panas ini, memetakan objek alam dan buatan manusia. Konsentrasi karbon dioksida Dan tanaman Optik Menggunakan tiga spektrofotometer mirip kamera yang disetel untuk mendeteksi tanda optik unik karbon dioksida. Mereka mengukur gas secara tidak langsung dengan melacak seberapa banyak pantulan sinar matahari yang diserap dalam kolom udara tertentu.