NASA допомогло Уругваю створити інструмент для моніторингу посухи

З 2018 по 2023 рік Уругвай переживав найгіршу посуху майже за століття. Столиця країни Монтевідео, де проживає близько двох мільйонів людей, постраждала особливо сильно. До середини 2023 року Пасо Северіно, найбільше водосховище та основне джерело води для Монтевідео, впало до рівня лише 1,7 відсотка від своєї ємності. Коли рівень води знизився, урядові лідери оголосили надзвичайний стан. Вони почали визначати резервні джерела постачання та поставили питання: чи залишилася вода в інших водосховищах вище за течією, які переважно використовуються для худоби та зрошення, що могли б допомогти.

Саме тоді інженер-еколог Тіаго Порен та його колеги з Національного водного управління звернулися до даних та навчань NASA для створення онлайн-інструменту, який міг би допомогти відповісти на це питання та покращити моніторинг водосховищ країни.

Ерін Уркварт, керівник програми водних ресурсів у штаб-квартирі NASA у Вашингтоні, зазначила: «Супутникові дані можуть інформувати про все, від планування зрошення у Великих рівнинах до управління якістю води у Чесапікській затоці. NASA надає надійні дані, необхідні для реагування на водні кризи в будь-якій точці світу».

Команда водного управління дізналася про ресурси NASA під час семінару 2022 року в Буенос-Айресі, організованого Міжвідомчою командою науки та застосувань. Семінар, очолюваний NASA, Інженерним корпусом армії США та Державним департаментом США, зосереджувався на розробці інструментів для допомоги в управлінні водою в басейні річки Ла-Плата, який охоплює кілька південноамериканських країн, включаючи Уругвай.

На семінарі дослідники з NASA познайомили учасників з методами вимірювання водних ресурсів з космосу. Програма прикладного дистанційного зондування NASA також надала основи принципів дистанційного зондування.

Джон Болтен, провідний науковець NASA та керівник лабораторії гідрологічних наук у Центрі космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, пояснив: «NASA не просто надає дані. Ми співпрацюємо з нашими партнерами та місцевими експертами, щоб перетворити дані в інформацію, яка є корисною, придатною для використання та актуальною. Саме такий вид координації робить водні програми NASA настільки ефективними на місцях, вдома та по всьому світу».

Команда водного управління принесла ідеї та надала Порену вказівки для інструменту, який застосовує супутникові зображення Landsat та Sentinel для виявлення змін у водосховищах Уругваю. Landsat, спільна місія NASA та Геологічної служби США, надає десятиліття супутникових зображень для відстеження змін на суші та воді. Місії Sentinel, частина програми спостереження Землі Copernicus, якою управляє Європейська комісія та яку експлуатує Європейське космічне агентство, надають додаткові видимі, інфрачервоні та мікрохвильові зображення для оцінки поверхневих вод.

З молодого віку Порен був знайомий з проблемами, пов'язаними з водою, оскільки повені неодноразово затоплювали будинки його родичів у його рідному місті Монтенегро в Бразилії. Це стало додатковою мотивацією для нього, коли він вивчав навчальні матеріали та навчився писати комп'ютерний код. Результатом став інструмент моніторингу, здатний оцінювати площу поверхні водосховищ Уругваю з часом.

Інструмент використовує кілька методів для розрізнення площі поверхневих вод водосховищ. Ці методи включають три оптичні індикатори, отримані з супутників Landsat 8 та Sentinel-2: нормалізований індекс різниці води, який виділяє воду шляхом порівняння того, скільки зеленого та ближнього інфрачервоного світла відбивається, оскільки вода поглинає інфрачервоне світло, тому вона чітко виділяється на фоні суші; модифікований нормалізований індекс різниці води, який замінює ближнє інфрачервоне на коротко хвильове інфрачервоне для покращення контрасту та зменшення помилок при розрізненні між водою та забудованими або рослинними територіями; автоматизований індекс вилучення води, який поєднує чотири типи відбитого світла для допомоги у відокремленні води від тіней та інших темних об'єктів.

У 2023 році команда водного управління використала інструмент Порена для дослідження водосховищ, розташованих вище за течією від водозабору питної води Монтевідео. Але дані розповіли складну історію.

«Вода була доступна в інших водосховищах, але це була дуже мала кількість порівняно з потребою у воді столичного регіону Монтевідео», сказав Порен. Моделювання показало, що навіть якби вся вода була випущена, більшість з неї не досягла б водозабору для Монтевідео або водосховища Пасо Северіно.

Незважаючи на цю новину, аналіз запобіг діям, які могли б змарнувати важливі ресурси для підтримання продуктивної діяльності у верхньому басейні, сказав Порен. Потім, у серпні 2023 року, дощі почали наповнювати водосховища Уругваю, дозволивши країні оголосити про закінчення водної кризи.

Хоча безпосередня водна криза минула, інструмент, створений Пореном, буде корисним у майбутньому в Уругваї та по всьому світу. Під час семінару 2024 року він поділився своїм інструментом з міжнародними менеджерами водних ресурсів з надією, що він може допомогти їхнім власним зусиллям реагування на посуху. А чиновники водного управління досі використовують його для ідентифікації та моніторингу дамб, зрошувальних водосховищ та інших водних об'єктів в Уругваї.

Порен продовжує використовувати навчання та дані NASA для вдосконалення управління водосховищами. Наразі він досліджує навчання про те, як місія топографії поверхневих вод та океану далі покращить систему, дозволивши водному управлінню безпосередньо вимірювати висоту води у водосховищах. Він також стежить за новою спільною місією NASA з Індійською організацією космічних досліджень під назвою NISAR, яка була запущена 30 липня. Супутник NISAR надаватиме радарні дані, які виявляють зміни в площі води, незалежно від хмарного покриву або часу доби.

«Якщо посуха станеться знову», сказав Порен, «з інструментами, які ми маємо зараз, ми будемо набагато краще підготовлені до розуміння того, які умови басейну, а потім робити прогнози».