科学大观园杂志■全球农业灌溉要用多少水？卫星数据模型准确告诉你 BESS-STAIR项目负责人KaiyuGuan（左）

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BESS-STAIR项目负责人KaiyuGuan（左）和该论文的第一作者ChongyaJiang（右）。
为了对抗干旱和激增的农业灌溉用水需求，多国都在努力研发预测庄稼用水量的方法，但一直以来相关技术都面临着巨大的瓶颈。
据美国“优睿科”网站3月20号消息称，《水文和地球系统科学》日前刊发的一篇研究论文宣布，一个高分辨率的测绘框架有望在全球范围内精确估算水蒸发量，其中包括土壤蒸发量和植物蒸腾量。这个名为“呼吸地球系统模拟器-STAIR”（BESS-STAIR ，其中STAIR是一个通用且完全自动化的融合算法）的系统由一个卫星驱动的生物物理模型所组成。该模型整合了地球植物进行的水、碳以及能量循环过程。
美国能源部下属的、位于伊利诺伊大学香槟分校的先进生物能源和生物产品创新中心（CABBI）在散布于美国玉米带的12个地点进行了测试，而其预测结果是迄今为止所有相关学术研究报告中精确度最高的。
该论文的第一作者、CABBI可持续性研究小组的博士后研究员ChongyaJiang介绍道：“鉴于BESS-STAIR的录入数据覆盖了全球，它有很大的潜力成为美国玉米带乃至全世界水资源管理和精准农业应用领域中的可靠工具。 ”
估算水分蒸腾量的传统遥感方法十分依赖于热辐射量的数据，即测量植物冠层和土壤在整个蒸发冷却过程中的温度。然而，这个方法有两个缺点：卫星无法收集阴天的地表温度数据；温度数据并不是很准确，进而又影响了蒸发量估算值的准确性。
在这项研究中， CABBI团队则专注于植物的“碳-水-能源循环”效应与过程。简单说来， BESS-STAIR模型首先估算光合作用的参数，然后再估算碳、水的进出总量。 Jiang指出，以前的遥感方法没有考虑到碳成分的限制， “这就是该模型的提升之处” 。
此外，该模型的另一个优势是，全天候的BESS-STAIR模型利用了地球表面反射率，对于晴天和阴天“一视同仁” ，从而消除了两种天气下产生的任何数据差距。之前基于地表温度的方法只能在晴朗的天空下收集数据，因而对于阴天的蒸发量数据，研究者们必须手动地用内插值来进行替换，从而造成了数据之间的间断。
相比之下， CABBI小组开发的框架在美国玉米带的不同地区开展了20多年的评估工作，并在超级计算机上建立了一条管道，以自动估算地表反射率以及大范围、长时间的蒸发量。他们在测量了该模型的总体精确度以外，还研究了其结果基于空间、季节和年份的变化程度。
Guan评价道：“我们可以在数小时内，提供美国玉米带中任何时间或地点、分辨率在30米以内的每日蒸发量。这是前所未有的技术突破。 ”这一成果将为美国农民应对日益严重的干旱带来实时的切实好处。
原创编译：朱明逸审稿：alone责编：张梦
期刊来源：《水文和地球系统科学》
期刊编号：1027-5606
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/uoia-nsa032020.php
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