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地球可謂是個“藍色星球”，70%以上的地球表面覆蓋著水，但它仍然是一個“口渴”的星球，淡水需求旺盛。最為顯著的用水抽取體現在農作物灌溉方面，按照一些測量方法，這方面的用水占美國總地表淡水消耗的將近2/3。
對覆蓋數百萬英畝農田進行水量使用跟蹤記錄，如何確保水資源利用合法有效，及時滿足需水地點的需求——此項工作不是一件容易的事情。
最近，研究人員利用Landsat地球觀測衛星數據，并與Google合作，著手使這項工作變得容易。美國Idaho大學、Nebraska大學和沙漠研究所（Desert Research Institute）研究人員使用基于衛星圖像對地面蒸發或植物蒸發的蒸散水平測量結果進行制圖。
蒸散量是估算植物使用水量的一種方法。有些水蒸汽直接從土壤蒸發，但很多是先經過植物后散發。
Idaho大學水資源工程教授Richard Allen解釋，這是一個必需的過程，因為從土壤中流經植物的水可以輸送植物所需養分。
無論是通過降雨還是通常利用灌溉途徑，滿足這個地區的用水需求，使這個過程得以持續進行。
Allen提到，蒸發和蒸騰代表水資源的總消耗。由于蒸發和蒸騰作用都使用能量，所以它們具有冷卻效果，就像出汗使人的皮膚變涼一樣。
如果農民能夠將實際蒸散量與預期或理想水平進行比較，他們就能更好地了解他們的灌溉量（是否灌溉得足夠多或澆水過多）。他們還可以查看整個農田的各地點的蒸散水平，確保他們的噴管灌溉對整個農田進行均勻覆蓋，而不會造成一些地塊澆水不夠，而其他一些地方澆水過多。
美國國家航空航天管理局（NASA）于1972年7月發射第1顆Landsat衛星，由美國地質調查局（USGS）進行管理，該項目從那時起一直提供地表連續圖像。
Landsat系列最新衛星Landsat 8于2013年2月送入軌道，每16天能夠獲取高分辨率全球圖像。與仍在運行的Landsat 7相結合進行工作，每8天進行1次全球覆蓋。這2顆衛星均各自搭載1個熱成像儀，可以捕捉顯示地表較暖和較冷地點紅外波段圖像。
技術轉讓
1999年以來，Allen一直使用基于Landsat數據進行蒸散量研究的工作，當時，Idaho水資源部首次接觸他進行該項工作，該部門獲得一項NASA撥款，通過美國Raytheon公司（該公司是美國專門從事國防、政府民用和網絡安全解決方案的技術和創新型領袖），旨在發現衛星數據更廣泛用途。
Allen最近參加了一個在歐洲召開的學術會議，在那里，一位名叫Wim Bastiaanssen的荷蘭研究員提出利用蒸散圖改進水資源管理信息。Bastiaanssen設計出一種名為“地表能量平衡算法（SEBAL）”模型，Allen認為他可以把該模型進行調整并用于Idaho州。
Allen提到，在大約3到4年后，我們開始改進SEBAL模型，適應美國西部地區應用需求。我們把它命名為METRIC，從那以后就一直開展改進工作。蒸散量的內標標定測算法（Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration：縮寫為METRIC）需要進行大量Landsat圖像下載到一臺臺式電腦上，基于天氣觀測臺站數據和其他詳細結果對它們進行校正。面對培訓、強大計算機訪問功能接入和時間成本增加的情況下，完成這些工作著實不易。
總部位于加州山景城（Mountain View）的谷歌(Google)公司于2010年推出谷歌地球引擎（Google Earth Engine），Allen和他的合作者們找到了一個機會。云計算平臺使用Landsat數據，USGS已經開始免費分發這些數據，從而能夠獲取全球范圍的海量信息。
Google Earth Engine開發倡導者Tyler Erickson解釋，地球引擎（Earth Engine）所能做的就是擺脫單一下載和存儲數據繁重工作（這對任何研究人員來說都會花費相當長的時間）。
Allen與來自Nebraska大學的Ayse Kilic以及來自沙漠研究所（Desert Research Institute）的Justin Huntington一道，在Google團隊支持和指導下，牽頭進行了基于Earth Engine的METRIC算法改進工作，創建地球引擎蒸散通量（Earth Engine Evapotranspiration Flux：縮寫為EEFlux）計算方法?，F在通過互聯網接入都可以訪問Landsat數據，選擇一個位置，并在幾秒鐘內看到一個蒸散圖。
利好之處
Erickson強調，我們非常高興，他們正在開發一個應用程序，這個應用程序將覆蓋更多用戶網絡，而不僅僅是面向他們自己的研究小組。
EEFlux早期用戶包括加利福尼亞水資源部、加利福尼亞水控制委員會和世界銀行，研究人員希望在完成程序測試后，進行使用范圍進一步擴大。Allen指出，他們還在充實這個應用程序，這樣就能填補衛星快照之間的空隙，并對整個生長季節中水資源總量消耗進行表達。這是可以用METRIC做的事，目前與Earth Engine的適配工作還在進行。
他表示，該項目對需要將水資源管理作為一個單元的用水群體來說最為有用，因為他們的工作正在對地下水開采造成影響。他們需要知道誰在抽水，是否可持續開展該工作？我們要怎么做才能使開采符合可持續補給？
水資源管理機構在制定提高灌溉效率計劃或者進行農場主和城市間用水權分配評估工作時也需要數據。
Huntington表示，他們經常會提出這樣的問題，到底節約了多少水？以及，新作物使用的水比過去消耗的多了還是少了。
基于METRIC和EEFlux應用程序，可以快速獲得詳細答案。Kilic指出，該算法還有助于進行早期干旱跡象預警工作。在此之前，用水監測小組基于植被指數進行植物健康狀況觀測，捕捉干旱跡象。她說，這并不能立即發現干旱問題。我們更傾向于使用蒸散（ET）干旱指數，這是基于衛星的，而且它確實能夠立即獲取干旱特征。
Allen解釋，雖然某個地區看起來仍然呈現綠色，但是如果因為土壤干燥而感到壓力，它的ET就會減少，產量就會降低。
他補充指出，除了水資源管理機構，我們希望個體農民可以使用這些技術。
Kilic說，他們已經在做精準農業，仔細選擇灌溉農田的最佳方式，特別是那些供水有限的州。例如，這片農田的某一部分產量較低，原因是否緣于灌溉方式？他們可以從用水消耗量圖中看出這一點。有了這些數據，他們就能立即發現問題。
她指出，目前，大型農場收集水資源信息主要途徑是通過無人機拍照。無論是為農場提供信息的咨詢公司，還是為農場主或農民自己提供信息，一個基于免費衛星數據的網絡系統可以節省大量資金。
然而，如果沒有NASA星基熱紅外衛星圖像，這一切都不可能實現。Allen指出，這種情況差一點發生，因為在原計劃中，Landsat 8沒有配置熱成像儀。
他指出，全美國水資源社區（特別是灌溉地區）極大受益于NASA Landsat 8熱成像儀，這將為未來Landsat衛星配備熱成像儀提供保障。
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原文題目：
Satellite imagery sheds light on agricultural water use
資料來源：
https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/spinoff/Satellite_Imagery_Sheds_Light_on_Agricultural_Water_Use
（王化編譯，殷永元審核）
