Per conservare e gestire l'acqua dolce, particolarmente nelle regioni aride come l'Arabia Saudita, è importante capire come l'acqua viene utilizzata ogni giorno. Gli scienziati di KAUST stanno usando i dati raccolti da satelliti delle dimensioni di una scatola da scarpe, o CubeSat, per saperne di più sull'uso quotidiano dell'acqua in agricoltura.

Si stima che il 90 percento delle forniture di acqua dolce dell'Arabia Saudita sia utilizzato per l'irrigazione delle colture, ma molto di questo proviene da falde acquifere insostenibili. Però, tenere traccia dei flussi idrici è incredibilmente difficile e non ci sono stime per monitorare i consumi agricoli per area nel tempo.

"Il mio lavoro mira a stimare la quantità di acqua utilizzata dalle colture utilizzando immagini satellitari e dati meteorologici prontamente disponibili, "dice Bruno Aragona, presso il Centro di desalinizzazione e riutilizzo dell'acqua di KAUST, che ha condotto la ricerca con i colleghi del Planet e del Jet Propulsion Laboratory della NASA negli Stati Uniti, sotto la supervisione di Matthew McCabe di KAUST. "Utilizzando tecniche di modellazione al computer, possiamo quindi stimare la traspirazione dalle piante - l'acqua che le piante usano sia per crescere che per mantenersi fresche - e l'evaporazione del suolo, l'acqua persa nell'atmosfera dal suolo."

CubeSats fornisce dati quasi quotidiani con una risoluzione di 3 metri in pixel, quasi 100 volte il livello di dettaglio spaziale in altri dati satellitari, come quelli raccolti da Landsat 8. Basandosi sul loro lavoro precedente, in questo progetto il team ha raccolto dati CubeSat che coprono una piccola area di campi irrigati di mais in Arabia Saudita. Hanno quindi utilizzato un programma di apprendimento automatico per correggere le immagini per la variabilità atmosferica e portarle agli standard di livello di ricerca.

I ricercatori hanno inserito le immagini nel modello del Priestley-Taylor Jet Propulsion Laboratory, un modello esistente per misurare l'evapotraspirazione. Aragon ha anche modificato il modello per incorporare i dati ambientali locali, come il calore e l'umidità del suolo e la temperatura dell'aria.

"Abbiamo valutato le prestazioni del modello con i dati raccolti dalle apparecchiature in loco a terra, " afferma Aragon. "Il nostro modello basato su CubeSat ha fornito una buona stima del consumo di acqua, simile ad altri recuperi satellitari. La nostra tecnica ha il chiaro vantaggio di una risoluzione e di un dettaglio notevolmente migliorati. La risoluzione e i recuperi quasi giornalieri consentono di rilevare eventi specifici nello sviluppo delle colture, riducendo significativamente le probabilità di perdere importanti cambiamenti nei singoli campi."

Il team ha intenzione di migliorare ulteriormente la propria tecnica. Stime migliori dell'umidità del suolo potrebbero derivare dall'aggiunta di tecnologie di imaging termico o a microonde ai CubeSat, Per esempio, e altri dati importanti per includere il tipo di coltura, altezza e biomassa della vegetazione, che influiscono sulla quantità di acqua necessaria in un dato momento.

Aragon visiterà presto il Jet Propulsion Laboratory in California, ricercando miglioramenti del modello per il monitoraggio della vegetazione come parte di un progetto collegato al sensore ECOSTRESS della NASA, che è stato recentemente installato sulla Stazione Spaziale Internazionale.

"La missione ECOSTRESS mira a tracciare la risposta della biosfera ai cambiamenti della disponibilità di acqua a livello diurno:in altre parole, tiene traccia dello stress globale delle piante durante il giorno, " dice Aragon. "Mi aspetto di imparare molto da questa posizione che possiamo applicare al nostro lavoro sull'uso dell'acqua delle colture".