La clave de la NASA para predecir sequías repentinas

Un aumento inusual en la productividad de las plantas puede indicar una pérdida inminente de agua del suelo. NASA Los satélites rastrean este sutil brillo y proporcionan alertas tempranas de posibles sequías en todo el diverso paisaje.

La sequía que azotó rápidamente y sin previo aviso, y que azotó gran parte de Estados Unidos en el verano de 2012, fue una de las más extendidas que el país había visto desde el Dust Bowl de la década de 1930, que duró años. La “sequía repentina”, alimentada por el calor extremo que quemó la humedad del suelo y las plantas, provocó pérdidas generalizadas de cosechas y pérdidas económicas que costaron más de 30 mil millones de dólares.

Si bien las sequías típicas pueden desarrollarse a lo largo de las estaciones, las sequías repentinas se caracterizan por un secado rápido. Puede afianzarse en unas semanas y es difícil de predecir. en Estudio recienteUn equipo dirigido por científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California pudo detectar signos de una sequía repentina tres meses antes de que comenzara. En el futuro, este aviso previo podría ayudar en los esfuerzos de mitigación.

¿Cómo lo hicieron? Siguiendo el resplandor.

En un campo del oeste de Kentucky, un pulverizador cubre los cultivos en preparación para la temporada de siembra. Los científicos de la NASA están buscando instrumentos espaciales para ayudar a predecir sequías rápidas y sutiles responsables de pérdidas agrícolas masivas en los últimos años. Fuente: USDA/Justin Beus

Una señal vista desde el espacio

durante FotosíntesisCuando una planta absorbe la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en alimento, la clorofila «filtrará» algunos fotones no utilizados. Este tenue brillo se llama fluorescencia inducida por el sol o SIF. Cuanto más fuerte es la fluorescencia, más dióxido de carbono absorbe la planta de la atmósfera para favorecer su crecimiento.

Si bien el brillo es invisible a simple vista, puede detectarse mediante instrumentos a bordo de satélites como el Observatorio Orbital de Carbono 2 (OCO-2) de la NASA. OCO-2 se lanzó en 2014 para monitorear el Medio Oeste estadounidense Brillando durante la temporada de crecimiento.

Las plantas en crecimiento emiten una forma de luz que puede ser detectada por los satélites de la NASA que orbitan a cientos de kilómetros sobre la Tierra. Partes de América del Norte parecen brillar en esta visualización, que representa un año promedio. El color gris indica áreas con poca o ninguna fluorescencia; El rojo, el rosa y el blanco indican una alta fluorescencia. Fuente: Estudio de visualización científica de la NASA

Los investigadores compararon años de datos de luminiscencia con una lista de sequías repentinas que afectaron a los Estados Unidos entre mayo y julio de 2015 a 2020. Encontraron un efecto dominó: en las semanas y meses previos a la sequía repentina, las plantas inicialmente prosperaron como condiciones cambió. Cálido y seco. Las plantas en flor emitían una señal fluorescente inusualmente fuerte para esta época del año.

Pero al reducir gradualmente el suministro de agua del suelo, las plantas han creado un peligro. Cuando llegaron las temperaturas extremas, los niveles de humedad, que ya eran bajos, cayeron y en cuestión de días se produjo una sequía repentina.

El equipo vinculó las mediciones de fluorescencia con los datos de humedad del satélite SMAP de la NASA. SMAP, abreviatura de Soil Moisture Active Passive, rastrea los cambios en el agua del suelo midiendo la intensidad de las emisiones naturales de microondas de la superficie de la Tierra.

Los científicos descubrieron que el patrón de fluorescencia inusual se correlaciona muy bien con la pérdida de humedad del suelo durante el período de seis a 12 semanas antes de una sequía repentina. Un patrón consistente surgió en diversos paisajes, desde los bosques templados del este de Estados Unidos hasta las Grandes Llanuras y los matorrales del Oeste.

Por esta razón, la fluorescencia de las plantas “se muestra prometedora como indicador confiable de alerta temprana de sequía repentina con tiempo suficiente para tomar medidas”, dijo Nicholas Barrazo, científico terrestre de la Universidad de California. Laboratorio de propulsión a chorro Es el autor principal del último estudio.

Jordan Gerth, un científico de la oficina de monitoreo del Servicio Meteorológico Nacional que no participó en el estudio, dijo que está feliz de ver acciones contra las sequías repentinas, dado nuestro clima cambiante. Señaló que la agricultura se beneficia de la previsibilidad siempre que sea posible.

Si bien la alerta temprana no puede eliminar los efectos de una sequía repentina, dijo Gerth, “los agricultores y ganaderos con operaciones avanzadas pueden hacer un mejor uso del agua para riego para reducir el impacto de los cultivos, evitar plantar cultivos que probablemente fracasen o plantar un tipo diferente de cultivo. ”. Para lograr un rendimiento óptimo si tienen semanas o meses de plazo de entrega.

Seguimiento de las emisiones de carbono

Además de intentar predecir sequías repentinas, los científicos querían comprender cómo afectan las emisiones de carbono.

Al convertir el dióxido de carbono en alimento durante la fotosíntesis, las plantas y los árboles actúan como “sumideros” de carbono, absorbiendo más dióxido de carbono de la atmósfera del que liberan. Muchos tipos de ecosistemas, incluidas las tierras agrícolas, desempeñan un papel en… Ciclo del carbono – El continuo intercambio de átomos de carbono entre la Tierra, la atmósfera y los océanos.

Los científicos utilizaron mediciones de dióxido de carbono del satélite OCO-2, junto con modelos informáticos avanzados, para rastrear la absorción de carbono por las plantas antes y después de sequías repentinas. Las plantas expuestas al estrés por calor absorben menos dióxido de carbono de la atmósfera, por lo que los investigadores esperaban encontrar más carbono libre. En cambio, lo que encontraron fue un acto de equilibrio.

Las temperaturas cálidas antes del inicio de una sequía repentina tientan a las plantas a aumentar su absorción de carbono en comparación con las condiciones normales. Esta absorción anómala fue, en promedio, suficiente para compensar la reducción completa en la absorción de carbono debido a las condiciones cálidas resultantes. Este sorprendente descubrimiento podría ayudar a mejorar las predicciones de los modelos del ciclo del carbono.

El satélite OCO-2 celebra este verano su décimo año en órbita, cartografiando objetos naturales y artificiales. Concentraciones de dióxido de carbono y plantas Óptico Utilizando tres espectrofotómetros similares a cámaras sintonizados para detectar la firma óptica única del dióxido de carbono. Miden el gas indirectamente rastreando cuánta luz solar reflejada absorbe en una columna de aire determinada.