O satelitarnym monitoringu suszy

W związku z pismem KRIR w sprawie satelitarnego systemu monitoringu suszy, Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi poinformowało, że prowadzone są analizy mające na celu wdrożenie nowych technologii w rolnictwie. Niewątpliwie teledetekcja jest narzędziem umożliwiającym wnikliwą obserwację stanu i procesów zachodzących w rolniczej przestrzeni produkcyjnej.

Rozwój technologii obserwowany w ostatnich latach wskazuje, że niebawem metody zdalnej obserwacji będą głównymi metodami analitycznymi i w dużym stopniu wyeliminują bezpośrednie obserwacje. Jednak w najbliższych latach technologie zdalnej obserwacji ziemi nie wyeliminują w pełni innych metod. Powodem tego są ograniczone możliwości prowadzenia obserwacji w zakresie widzialnym i w podczerwieni (głównie ze względu na zachmurzenie) oraz wciąż prowadzone są prace naukowo-badawcze nad interpretacją danych radarowych.

Niemniej jednak metody teledetekcyjne są obecnie implementowane w SMSR prowadzonym przez Instytut Uprawy i Nawożenia - Państwowy Instytut Badawczy i od bieżącego roku będą stanowić jeden z elementów modelowania map klimatycznego bilansu wodnego. W celu umożliwienia efektywnego wdrożenia teledetekcji w SMSR Instytut nawiązał współpracę z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym. Centrum posiada zaawansowaną infrastrukturę obliczeniową i bazodanową, dzięki której istnieje możliwość efektywnego gromadzenia satelitarnych danych obrazowych oraz ich przetwarzania. Zatem rok 2020 przyniesie zmiany w analizowaniu przez IUNG-PIB danych meteorologicznych. Dotychczasowe mapy opadów, które były interpolowane na podstawie danych pochodzących z sieci stacji meteorologicznych, będą uzupełniane mapami opadów bazujących na danych z radarów naziemnych sieci POLRAD. Mapy opadów będą kartowane   opracowanym autorsko w IUNG-PIB algorytmem, którego danymi wejściowymi będą: dane radarowe poziomu GRS, dane opadowe z sieci monitoringu suszy IUNG-PIB oraz model wysokościowy. Modyfikacja ta pozwoli przede wszystkim na znaczące uszczegółowienie zasięgu opadu, w tym epizodycznych i burzowych. Dzięki temu będzie można zróżnicować opady na obszarze gmin, a najmniejszą efektywną jednostką określającą wartość opadu będzie pixel o rozmiarze 250x250 metrów. W związku z tak daleko idącym uszczegółowieniem zróżnicowania pól opadowych będzie możliwe praktycznie określenie wpływu suszy dla poszczególnych pól. Po pierwszym (pilotażowym) roku, funkcjonalność ta pozwoli na pełną kalibrację nowej metody w SMSR.

Proponowane podejście wiąże się z wystarczającym określeniem wpływu warunków środowiskowych decydujących o plonowaniu, czyli w sposób precyzyjny zostanie określony opad atmosferyczny, ewapotranspiracja oraz warunki glebowe. Natomiast o zróżnicowaniu plonu tej samej uprawy na sąsiadujących  polach, będzie decydować tylko agrotechnika.

Ponadto w bieżącym roku, na podstawie porozumienia z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym, opracowany został przez Instytut system monitoringu całej przestrzeni rolnicze w kraju z zastosowaniem następujących zobrazowań satelitarnych:

Sentinel-1: wysokorozdzielcze zdjęcia radarowe;

Sentinel-2: wysokorozdzielcze zdjęcia w zakresie widzialnym i podczerwieni;

Landsat-8: zdjęcie w zakresie widzialnym, podczerwieni i termalne.

Docelowo pion teledetekcyjny ma wspierać, weryfikować i analizować zasięg oraz stan upraw w skali poszczególnych działek rolnych. W 2021 r. zostanie włączony pilotażowo do SMSR, a pełną funkcjonalność analityczną ma uzyskać 2022 r.

Rozważając wprowadzenie metod teledetekcyjnych w SMSR należy zwrócić uwagę na sieć stacji meteorologicznych, która jest rozbudowywana w każdym roku prowadzenia monitoringu. Jest ona odpowiedzią na braki tych stacji, zwłaszcza na Niżu Polski, w systemie IMGW-PIB, który jest skierowany przede wszystkim na monitoring zagrożenia powodziowego. Natomiast na Niżu Polskim ilość tych stacji jest ograniczona, przez co kartowanie map opadów jest utrudnione i w niektórych regionach może budzić poważne wątpliwości. Odpowiedzią na tą sytuację jest systematyczne uzupełnianie sieci przez lokalizacje kolejnych stacji w regionach rolniczych pozbawionych takiej infrastruktury. Sieć SMRS wykorzystuje również stacje meteorologiczne innych instytucji (COBORU, ODR), co znacznie poprawie wyniki monitoringu suszy oraz wpływa na optymalne wykorzystanie środków pochodzących z budżetu państwa. Obecnie stacje IUNG-PIB stanowią ważny element osłony meteorologicznej rolnictwa w Polsce. Stanowią też istotny element we wdrażaniu metod satelitarnych, które w najbliższych latach będą musiały być weryfikowane w oparciu o dane naziemne. Siec stacji meteorologicznych IUNG-PIB uzupełniana jest siecią monitoringu wilgotności gleb, co podnosi możliwość implementacji metod zdalnych.

Naturalne zróżnicowanie retencji wody w środowisku wynika głównie ze zmiany uziarnienia gleby i ma bezpośredni wpływ na poziom zagrożenia suszy i straty powstałe w plonach. Aktualnie w SMSR wykorzystywana jest mapa kategorii podatności gleby na suszę, która odzwierciedla potencjalną retencje wody ogólnie dostępnej (WOD) dla roślin. Mapa kategorii opracowana została na podstawie informacji o uziarnieniu oraz kompleksach rolniczej przydatności gleb zawartej na mapie glebowo-rolniczej w skali 1:25 000. Stosunki wodne gleb położonych w zasięgu oddziaływania wód gruntowych uległy w ostatnich kilkudziesięciu latach zmianie na skutek zmian klimatycznych oraz oddziaływania systemów melioracji wodnych. Zmiany te dotycząc głównie gleb organicznych, trwałych użytków zielonych, ale również gleb mineralnych gruntów ornych położonych w   naturalnych obniżeniach i pozostających pod wpływem oddziaływania wód gruntowych, a także gleb trwałych użytków zielonych przekształconych w ostatnich latach na grunty orne. Prawidłowe ustalenie stosunków wodnych oraz właściwe określenie kategorii podatności wymienionych gleb na suszę wymaga wykorzystania dodatkowej informacji o aktualnym poziomie wód gruntowych. Państwowy Instytut Geologiczny – PIB jest w trakcie opracowania Mapy hydrogeologicznej Polski (MhP), która obejmuje również wyznaczenie pierwszego poziomu wodonośnego. Zakończenie zaplanowane jest na lata 2024-2025. Pozyskanie informacji o głębokości zalegania wód gruntowych na obszarach, na których stosunki wodne uległy znaczącym zmianom w ostatnich kilkudziesięciu latach umożliwi znaczne zwiększenie dokładności oceny zagrożenia suszy w SMSR i oceny strat plonów wywołanych przez suszę.

Zatem w bieżącym roku nie jest planowane zastąpienie SMSR prowadzonego przez IUNG-PIB przez system satelitarny.