Satellitdata kan hjælpe os til at forstå Jordens vandkredsløb og tørkehændelser
Satellitdata bygget på mikrobølger, kan se gennem skyerne og levere værdigfuld indsigt i Sahel-regionens tilbagevendende tørkekatastofer.
Tørke Sahel Senegal flod forskningsprojektet ALL-WET data fra NASA hydrologisk model ændringer Jordens vandkredsløb hydrologi satellitdata mikrobølger trædød evapotranspiration fordampning

Klimaændringerne har effekt på Jordens vandkredsløb, hvilket blandt andet resulterer i tørkekatastrofer. (Foto: Rasmus Fensholt)

Klimaændringerne har effekt på Jordens vandkredsløb, hvilket blandt andet resulterer i tørkekatastrofer. (Foto: Rasmus Fensholt)

Vi mærker ikke meget til det her i Nordeuropa, men tørke og vandmangel er globale problemer, som sandsynligvis vil blive større, i talt med at Jordens middeltemperatur stiger.

Alligevel er vores viden om tørke på både regionalt og globalt plan begrænset. Hvordan for vi større viden?

Ved afdeling for Hydrologi ved GEUS (De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland) undersøger vi forskellige måder, vi kan undersøge og øge vores forståelse af Jordens vandkredsløb, så vi kan udvikle metoder, som gør os i stand til at observere og modellere kredsløbets afgørende komponenter.

Hydrologi er med andre ord en videnskabsgren, som beskæftiger sig med vandet på Jorden, dets forekomst, cirkulation og fordeling.

ALL-WET-projektet - en forkortelse af all-weather evapotranspiration (ET) - samler forskere fra GEUS, Københavns Universitet og internationale samarbejdspartnere fra den amerikanske rumfartsadministration (NASA) og den amerikanske langbrugsstyrelse (USDA).

Vores mission var at finde nye måder at bruge satellitdata til at studere Sahel-regionen i Senegal; et område som lider under tilbagevendende tørkekatastrofer med omfattende konsekvenser for økosystemer samt dyr og mennesker.

Fakta
Forskerzonen

Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.

Nuværende metoder er begrænsede

Vores forsking centrerer omkring evapotranspiration, som er den samlede fordampning fra jordoverfladen (evaporation) og fra planternes vandforbrug (transpiration).

Jordens vandkredsløb dækker alle relevante hydrologiske komponenter og processer på land.

  • Nedbør står for størstedelen af tilførslen af vand til systemet.
  • Evapotranspiration og afstrømning står for størstedelen af afstrømningen.

Evapotranspiration, som på globalt plan står for cirka 2/3 af tilførslen af nedbørsmængden over land, er styret af tilgængeligheden af vand og energi, jordbundens beskaffenhed samt vegetationsdynamikken.

Satellitdata kan være den eneste reelle mulighed

Det kan være noget af en udfordring at observere og opstille modeller over evapotranspiration. Ofte er satellitdata den eneste reelle mulighed - især over større områder.

Men evapotranspiration kan ikke måles direkte, så derfor har forskerne udviklet adskillige måder at udregne de hydrologiske processer gennem modeller på baggrund af ligninger og data.

Blandt andet kan evapotranspirationen beregnes på baggrund af data fra termiske kameraer (varmesøgende kameraer), der ved hjælp af infrarød teknologi leverer termiske observationer og temperaturmålinger ved jordoverfladen.

Men denne metode er afhængig af en skyfri himmel, da skyerne ellers vil blokere for signalet, og derfor afspejler den ikke hele evapotranspirationens spatiale og temporale kompleksitet.

Her kommer de nye satellitsystemer bygget på mikrobølger ind i billedet.

Mikrobølger redder dagen

I tropiske og subtropiske regioner har det været meget svært at få data om overfladetemperaturen ved hjælp af traditionelle termiske observationer som følge af eksempelvis regntid og massivt skydække.

Det er en udfordring, som forskerne kan få bugt med ved hjælp af satellitdata bygget på mikrobølger, der kan indsamles i næsten al slags vejr. 

Satellitdata bygget på mikrobølger ligger i frekvensområdet 300 MHz til 300 GHz svarende til bølgelængder fra 1 m til 1 mm, så bølgerne er længere end ved traditionelle termiske observationer.

Det betyder, at mikrobølgeobservationerne af jordoverfladen generelt er mindre påvirkede af skydække end termiske infrarøde observationer. Derfor kan vi bruge mikrobølgeobservationerne i næsten al slags vejr. 

Vores hypotese er, at vi gennem satellitdata bygget på mikrobølger markant kan udbygge vores viden om fordampningen og vandbalancen i tropiske og subtropiske regioner, hvor der typisk er meget skydække.

Stort tema i gang


I en konstruktiv serie undersøger Videnskab.dk, hvordan mennesket kan redde verden.

Du kan debattere løsninger og både få og give gode råd i vores Facebook-gruppe Red Verden.

Modeller beregner klimaeffekter

Evapotranspirationen er en afgørende variabel i evalueringen af hydrologiske modeller, der er computerbaserede fremstillinger af Jordens vandkredsløb af varierende kompleksitet, alt afhængig af hvilke hydrologiske processer de indeholder.

Vi bruger hydrologiske modeller, fordi vi ikke kan måle alting overalt. Det muliggør, at modellerne kan integrere alle foreliggende observationer, som afstrømningen i floder, jordfugtigheden, grundvand og evapotranspirationen.

Modellerne gør os i stand til at kvantificere klimaforandringernes effekter på vandkredsløbet samt teste effekten af forskellige vandforvaltningsscenarier; eksempelvis effekten af ændret pumpning af grundvandet eller ændrede landbrugsmetoder på vandressourcerne.

Bidrage til mere pålidelige hydrologiske modeller

Vi har en forventning om, at de satellitbaserede fordampningsdata vil bidrage til mere pålidelige hydrologiske modeller, fordi modellerne vil indeholde data fra al slags vejr og ikke kun termiske observationer fra skyfrie vejrforhold.

I hydrologisk modellering er det afgørende, at vi bruger en lang række forskellige observationer, og at vi justerer model-parametrene, så de matcher observationerne optimalt.

Jo mere mangfoldig og repræsentativt, det observatoriske datasæt er, desto mere solide og effektive vil de hydrologiske modeller være.

Tørke Sahel Senegal flod forskningsprojektet ALL-WET data fra NASA hydrologisk model ændringer Jordens vandkredsløb hydrologi satellitdata mikrobølger trædød evapotranspiration fordampning

De hydrologiske modeller beregner de hydrologiske processer på baggrund af ligninger og data. (Figur: Julian Koch)

Red træerne i Sahel-regionen

For at afprøve vores hypotese, har vi brug for en specifik case.

Vi benyttede derfor satellitbaserede fordampningsdata til at skabe en pålidelig hydrologisk model for Senegalfloden i Sahel-Regionen i Afrika (ca. 75.000 km2).

Senegalfloden er meget præget af massivt skydække, så muligheden for at få termiske infrarøde data er begrænset, hvilket betyder, at området er en perfekt testcase.

  • Satellitbaserede termiske infrarøde data er tilgængelige for cirka 20 procent af årets dage.
  • Satellitdata bygget på mikrobølger er derimod tilængelige for cirka 80 procent af årets dage.

Formålet med den hydrologiske model er at forstå udviklingen af vegetationen samt dens effekt på vandkredsløbet i Sahel-regionen.

Tørke Sahel Senegal flod forskningsprojektet ALL-WET data fra NASA hydrologisk model ændringer Jordens vandkredsløb hydrologi satellitdata mikrobølger trædød evapotranspiration fordampning

Sahelregionen i Senegal lider under tilbagevendende tørkekatastrofer med omfattende konsekvenser for økosystemer samt dyr og mennesker. (Foto: Rasmus Fensholt)

Sahel-regionen har gennemgået store miljømæssige forandringer i løbet af de seneste 50 år som følge af de konsekvenser, et markant fald i den årlige nedbørsmængde samt voksende menneskelige aktiviteter har haft på økosystemerne.

I 2014 og 2015 er et signifikant antal træer døde som følge af tørke.  Den omfattende trædød har ramt en særlig træart, som er kendt for sin lave tørketolerance.

Med ALL-WET-projektet forventer vi, at opnå forståelse om årsagen til denne omfattende trædød gennem yderligere hydrologisk indsigt.

Desuden vil vi vise, hvordan man på bedste vis kan bruge satellitdata bygget på mikrobølger i hydrologisk forskning.

ALL-WET-projektet er finansieret af Geocenter Danmark. Læs denne artikel på engelsk på vores internationale søstersite ScienceNordic.com. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.

 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.