Применение коэффициентов культур, основанных на отставленных по времени спутниковых снимках, для оценки фактической эвпотранспирации методом FAO-56

Почему старые спутниковые снимки важны для современных ферм

В засушливых регионах каждая капля воды, откачиваемой из подземных водоносных горизонтов, имеет значение и для фермеров, и для городов. Тем не менее удивительно сложно узнать, сколько воды на самом деле используют культуры в масштабе всего водосбора, день за днем. В этом исследовании рассматривается практичный упрощённый подход: можно ли повторно использовать спутниковые данные десятилетней давности вместо постоянной обработки новых изображений и при этом получать надёжные оценки водопотребления культур сегодня?

Наблюдение за жаждущими полями из космоса

Растения теряют воду в атмосферу по мере роста — этот процесс называют «водопотреблением» или, более технически, эвпотранспирацией. Прямое измерение этого водопотребления требует дорогостоящего оборудования, фиксирующего обмен энергии и влаги над полями. Такое оборудование подходит для отдельных исследовательских участков, но не для обширных сельскохозяйственных регионов с разнородными посевами. Спутники дают выход: фиксируя отражение света и тепло от поверхности, они позволяют прикинуть, сколько воды используют культуры на больших территориях. Проблема в том, что преобразование сырых снимков в численные оценки водопотребления обычно требует объёмных расчётов, специализированных знаний и частого обновления данных.

Простая рецептура на основе старых и новых данных

Исследование сосредоточено на водосборе Нейшабур на северо-востоке Ирана — аридной-полуаридной зоне, где примерно половина земли занята сельхозугодьями, а подземные воды интенсивно используются для орошения. Ключевая идея заключалась в том, чтобы рассматривать более ранний год, 2009-й, как подробный «обучающий снимок». Сначала спутниковые изображения того года сочетали с проверенным методом энергетического баланса SEBAL для оценки суточного водопотребления культур по каждому пикселю. Одновременно использовали стандартные погодные данные с местной станции и методику ФАО (известную как FAO-56) для расчёта водопотребления опорной (референтной) культуры при идеальных условиях.

Преобразование снимков в повторно используемые подписи культур

Разделив спутниковую оценку водопотребления на референтное водопотребление за 2009 год, исследование получило карты «коэффициентов культур» — простых чисел, описывающих, насколько «жаждущие» реальные культуры по сравнению с идеальной референтной растительностью в каждой точке. Эти коэффициенты компактно отражают влияние типа культуры, стадии роста и местного управления. Смелый шаг в работе заключался в предположении, что эти коэффициенты по пикселям 2009 года могут оставаться полезными спустя десять лет. В 2019 году вместо повторной обработки новых спутниковых снимков исследователь взял обычные погодные записи для каждого месяца и умножил их на старые коэффициенты, чтобы оценить текущее суточное водопотребление культур в те же месяцы. Эти оценки затем сравнивалися с свежими спутниковыми расчётами SEBAL за 2019 год, принятыми за эталон.

Насколько близки были оценки?

Сравнение проводилось для десяти суббассейнов, выбранных по всему водосбору, преимущественно в районах концентрации орошаемого сельского хозяйства. С апреля по октябрь 2019 года средняя разница между новым упрощённым методом и эталонными спутниковыми расчётами в целом находилась в пределах примерно от половины миллиметра до полутора миллиметров воды в сутки. Погрешности, как правило, были меньше в пиковые месяцы орошения, когда поля полностью зеленые и хорошо увлажнены, и несколько больше в начале весны. При анализе ошибок по дням с низким, средним и высоким водопотреблением метод не показал сильного смещения в сторону постоянного завышения или занижения оценок, что удобно для долгосрочного водного учёта.

Ограничения опоры на прошлое

Исследование также подчёркивает случаи, когда такое упрощение может подводить. Наибольший риск связан с изменениями землепользования и структур посевов между «старым» и «новым» годами. Если фермеры переходят с пшеницы на садовые культуры, расширяют или сокращают орошаемые площади либо меняют графики орошения, десятилетние коэффициенты культур могут устареть и привести к дополнительной ошибке. Также сказываться будут климатические сдвиги — более влажные или более засушливые годы — и изменения в управлении полями, которые влияют на актуальность старых коэффициентов. Автор предлагает сократить временной разрыв, например использовать снимки несколькихгодичной давности, и лучше отслеживать изменения землепользования, что, вероятно, улучшит результаты.

Что это означает для управления водными ресурсами

Для менеджеров водных ресурсов в регионах с дефицитом данных и склонных к засухам эти результаты обнадёживают. Они показывают, что когда актуальная спутниковая обработка недоступна, ранее полученные «подписи» культур всё ещё могут давать достаточно точные оценки того, сколько воды используют фермы в масштабе водосбора. Подход упрощает работу, превращая сложную задачу, требующую множества изображений, в более прямой расчёт на основе рутинных погодных данных. Хотя он не может везде заменить детальное наблюдение и требует мониторинга изменений в посевных практиках, этот метод предлагает практичный инструмент для поддержки решений по орошению, откачке грунтовых вод и долгосрочному планированию водных ресурсов.

Цитирование: Moazenzadeh, R. Application of time-lagged satellite image-based crop coefficients for estimating actual evapotranspiration through FAO-56 method. Sci Rep 16, 6859 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38365-2

Ключевые слова: эвпотранспирация, дистанционное зондирование, водопотребление культур, управление грунтовыми водами, полузасушливое сельское хозяйство