Спутниковые технологии помогают разрабатывать природные решения для мониторинга воды

В Коста-Рика, изменение климата усиливает бассейн лопается подверженность наводнениям и загрязнениям. Это вызывает беспокойство, учитывая, что бассейн имеет решающее значение для поставка 25% питьевой воды окружает столицу Коста-Рики Сан-Хосе, орошает 85% урожая овощей в стране и генерирует 38% основного источника энергии за счет гидроэнергетики.

Но у правительственных чиновников теперь есть мощный инструмент для мониторинга и борьбы с естественными причинами, угрожающими населению и инфраструктуре Коста-Рики: спутники. Сверху спутники могут осуществлять комплексный мониторинг целых речных систем и бассейнов. Исследователи могут получить данные уже через три часа после сбора, что позволяет менеджерам по водным ресурсам быстро анализировать и принимать решения. Спутниковые архивы также предоставляют исследователям исторические данные, включая крупные наводнения. Все эти преимущества сопровождаются меньшими затратами на оборудование, техническое обслуживание и рабочую силу.

Это особенно важно, поскольку природные решения начинают использоваться для смягчения воздействия климата и защиты местных сообществ. Эти подходы восстанавливают или сохраняют природные ресурсы для получения различных социальных, экономических и экологических выгод. Например, природное решение может включать в себя защита леса для улучшения фильтрации воды и снижения затрат на очистку воды.

В отличие от традиционной построенной инфраструктуры и технологий, природные решения не получили результатов сотен лет разработок, испытаний и исследований. Поэтому необходимы эффективные и недорогие методы мониторинга прогресса, поскольку остается множество вопросов и опасений по поводу долгосрочных выгод.

Для водных проектов, направленных на улучшение водоснабжения или качества воды, таких как проекты в Коста-Рике, эти доказательства особенно трудно собрать, поскольку получение выгоды может занять несколько лет из-за сложности среднего водного цикла.

В настоящее время спутники имеют некоторые недостатки и могут быть несовершенным решением для мониторинга воды. Например, спутники часто не видят сквозь мутную воду, что ограничивает возможность измерения глубины воды. Но есть инициативы, использующие спутниковое наблюдение, которые призваны сделать мониторинг воды менее сложным. Поскольку проекты экологических решений все чаще контролируются с помощью спутниковых технологий, неопределенность в результатах этих проектов со временем уменьшится для разработчиков проектов, спонсоров и инвесторов.

Вот три из этих передовых инициатив.

1) Коммерческие наноспутники Planet: SkySat и PlanetScope Dove.

Спутники, которые отслеживают речные потоки с течением времени, предоставляют информацию о том, улучшают ли усилия по защите или восстановлению водоразделов водоснабжение населенных пунктов, расположенных ниже по течению, или гидроэнергетических объектов. Planet, ведущий коммерческий поставщик глобальных спутниковых изображений, владеет SkySat и PlanetScope, группировками наноспутников, размер которых может достигать мини-холодильник или коробка из-под обуви и содержат очень высокие разрешения. Эти наноспутники делают снимки каждой точки на Земле несколько раз в день, в отличие от традиционных спутников, которые делают одно изображение каждые несколько дней.

Более 120 спутников PlanetScope позволяют измерять прозрачность воды, известную как мутностьв небольших прудах и узких бухтах водоемов.

В этом году 21 спутник SkySat позволил команде Центра экологии и гидрологии Соединенного Королевства быть первым, кто измерит речной сток исключительно из космосачто избавляет их от интенсивных полевых работ и многократного использования дронов.

Поскольку данные коммерциализируются, проектам придется платить за доступ, если они не имеют права присоединиться к такой программе, как Earthnet ЕКА, который имеет ограниченное членство. И наоборот, уникально высокое разрешение спутников Планеты позволит проводить космические наблюдения за речным стоком до и после реализации природных решений, которые могли бы сэкономить десятки тысяч долларов на оборудовании и обслуживании сборов и расширить доступ к измерениям расхода воды в укромных местах.

Спутники планеты могут использоваться в секторах, не связанных с водными ресурсами, включая сельское хозяйство, энергетику и инфраструктуру, лесное хозяйство, земельные ресурсы, реагирование на стихийные бедствия и мониторинг климата.

2) ОпенЕТ

Спутники могут помочь зафиксировать изменения в водном балансе леса или то, как осадки пополняют запасы подземных вод, путем анализа данных измерения суммарного испарения или процесса, в котором вода выбрасывается в атмосферу из растений, почвы и других поверхностей. Ученые вводят спутниковые данные и различные погодные параметры, такие как температура и скорость ветра, в компьютерные модели для создания единых оценок суммарного испарения.

OpenET — это государственно-частное сотрудничество, которое использует спутниковые данные НАСА и Геологической службы США для предоставления доступной и бесплатной информации об эвапотранспирации. Эти данные полезны в секторах водного и лесного хозяйства и могут быть применены через призму сельского хозяйства для отслеживания сокращения орошение и потребление электроэнергии. Например, Проект Соленой реки в Аризоне использовали OpenET, чтобы понять, как управление лесами, например предписанные контролируемые выжигания и прореживания, меняет водный баланс. Проекты, использующие природные решения, также могут использовать OpenET, чтобы понять, как их реализации регулируют гидрологический цикл посредством речного стока и пополнения подземных вод.

OpenET в настоящее время размещает ежемесячные наборы данных и избранные исторические данные в Google Earth и вскоре выпустит платформу, ориентированную на удобство использования и бесплатную для некоммерческих организаций.

3) Джибе

Многие природоохранные проекты направлены на улучшение качества питьевой воды за счет использования лесовосстановления в качестве меры борьбы с эрозией, которая уменьшает количество отложений в системах водоснабжения. Этим проектам нужен надежный способ отслеживать, как лесопользование и устойчивое сельское хозяйство уменьшают количество наносов и других загрязнителей в реках.

Джибе, технологическая компания, предоставляющая программное обеспечение как услугу, предлагает инструмент (GybeMaps), который превращает спутниковые данные в информацию о мутности, осадках и другой информации о качестве воды, предназначенную для отдельных проектов. Проекты, которые подпишутся на Jibe, будут получать автоматически обработанные данные вместо необходимости нанимать аналитиков, что значительно снизит затраты на персонал. Организация по охране природы использовала Jibe для понимания колебаний уровня отложений возле гидроэлектростанций в своих проектах в Рио-де-Жанейро, Куэнка-Верде и Водном фонде Верхней Таны-Найроби.

Будущее спутников для мониторинга воды

Использование спутниковых наблюдений для проектов мониторинга водных ресурсов будет зависеть от продолжения исследований и достижений. Хотя SkySat компании Planet генерирует данные исключительного качества, превосходящие то, что исследователи могли себе представить несколько лет назад, исследования по мониторингу потока воды исключительно из космоса все еще находятся на ранних стадиях. В то же время сохраняются опасения по поводу доступности в будущем коммерциализированных данных или возможности поддерживать платежи за обучение пространственному анализу. Доступность и удобство для пользователя не должны быть редкостью среди платформ, использующих спутниковое наблюдение — они должны стать минимумом.. Усилия OpenET и Jibe по снижению барьеров при обработке и использовании данных знаменуют собой первые шаги на пути к установлению этого стандарта.

Тем не менее, доступность, более низкие затраты и многомасштабные возможности инициатив в области спутниковых технологий могут способствовать партнерству между частным, государственным и некоммерческим секторами. Все большее число партнерств в дополнение к OpenET ставят перед собой задачу расширить доступность спутниковых данных для мониторинга воды, что обычно рассматривается как весьма сложная задача для поиска природных решений. Например, Глобальный надзор за водными ресурсами В результате сотрудничества WRI, Deltares и Всемирного фонда дикой природы в конце августа 2023 года была запущена бесплатная платформа, предоставляющая надежные данные о наличии воды. Организации работают над расширением масштабов рек и ориентированием на пользователей для максимального воздействия. В ближайшем будущем проекты природных решений могут использовать больше подобных инструментов для проведения базовых оценок и отслеживания изменений в водоснабжении бассейна в разные сезоны.

Расширение знаний о том, как сохранение лесов и водоразделов регулирует местные водные циклы, действует как естественный фильтр от загрязнений и улучшает речной сток для энергетической безопасности наряду с изменением климата и другими сложностями, может совершить революцию в глобальном управлении водными ресурсами. Крайне важно признать, что спутниковые наблюдения будут определять будущее эффективных программ мониторинга, имеющих решающее значение для построения более устойчивого мира.