OPERA: удовлетворение социальных потребностей с помощью спутниковых данных

Введение

Продукты наблюдений для конечных пользователей в результате анализа дистанционного зондирования (OPERA) представляет собой стратегическую инициативу, направленную на удовлетворение важнейших потребностей в спутниковых данных, выявленных федеральными агентствами. Основанная в 2021 году НАСА/Лабораторией реактивного движения (JPL), OPERA отвечает приоритетам, определенным Рабочей группой по потребностям в спутниках (SNWG), межведомственным органом, созванным Белым домом. Управление управления и бюджета (ОМБ) и Управление научно-технической политики (ОСТП). SNWG каждые два года проводит опросы федеральных агентств, чтобы определить их основные потребности в спутниковых данных. В этой статье кратко описывается OPERA, включая ее мандат, а затем представлено тематическое исследование, демонстрирующее, как Министерство сельского хозяйства США (USDA) Служба сельскохозяйственных исследований (ARS) использует OPERA для мониторинга состояния сельского хозяйства на Среднем Западе США.

Мандат и подход OPERA

Основной мандат проекта OPERA заключается в его стремлении предоставлять информационные продукты в форматах, которые можно сразу использовать и готовы к анализу. Вместо предоставления необработанных спутниковых данных, требующих обширных знаний в области обработки, OPERA преобразует сложные спутниковые наблюдения в стандартизированные, доступные продукты, которые федеральные агентства могут быстро интегрировать в свои существующие рабочие процессы для поддержки национальной безопасности, мониторинга окружающей среды, реагирования на стихийные бедствия и управления инфраструктурой. Этот подход устраняет технические барьеры, которые часто мешают агентствам эффективно использовать спутниковые данные, позволяя им сосредоточиться на своих критически важных приложениях, а не на задачах обработки данных.

Для достижения этой цели в масштабе, необходимом федеральным агентствам, OPERA разработала сложную облачную производственную систему, способную эффективно и последовательно генерировать информационные продукты для удовлетворения динамических потребностей федеральных пользователей. По состоянию на 2025 год OPERA успешно опубликовала данные о динамической протяженности поверхностных вод, поверхностных нарушениях и смещениях поверхности через различные НАСА. Распределенные активные архивные центры (DAAC). Продукт вертикального наземного движения станет следующим предложением OPERA, начиная с 2028 года – см. Рисунок 1.

Миссия ОПЕРА

OPERA предоставляет высококачественную, готовую к использованию спутниковую информацию, позволяющую федеральным агентствам лучше отслеживать изменения окружающей среды, реагировать на стихийные бедствия, оценивать инфраструктурные риски и принимать решения на основе данных. Чтобы проиллюстрировать эту цель, 5-й ежегодный семинар OPERA по взаимодействию с заинтересованными сторонами подробное практическое применение этого подхода 11 сентября 2025 года.

Практический пример: использование данных OPERA для составления карты состояния сельскохозяйственных культур на Среднем Западе США

Когда вода задерживается на сельскохозяйственных угодьях, последствия часто распространяются наружу, приводя к потерям урожая, изменениям в состоянии почвы и смещению запасов углерода. На холмистом ландшафте водораздела Саут-Форк в центральной Айове эти проблемы являются повседневной реальностью для фермеров, исследователей и компаний по страхованию урожая. Чтобы решить эти проблемы, ученые из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS) Национальная лаборатория сельского хозяйства и окружающей среды (NLAE) сотрудничают с проектом НАСА OPERA.

Использование OPERA Динамическая протяженность поверхностных вод (DSWx) и Поверхностные нарушения (DIST), исследователи Министерства сельского хозяйства США и NLAE начали процесс выявления впадин, в которых вода постоянно скапливается на полях – см. Рисунок 2.

Эти места часто представляют собой нечто большее, чем просто неприятные лужи; они сигнализируют о зонах снижения урожайности, риске гибели сельскохозяйственных культур и горячих точках накопления углерода и питательных веществ. Объединив безоблачные мозаики высокого разрешения OPERA с полевыми измерениями Министерства сельского хозяйства США и университетов-партнеров, совместная команда OPERA-NLAE создает действенные карты, которые определяют заболоченные зоны – см. Рисунок 3. Фермеры могут использовать эти карты для улучшения здоровья почвы и принятия решений по землепользованию.

Продукты OPERA также поддерживают более широкое управление водоразделами. Анализ речной миграции, образования стариц и ущерба от ураганов в результате мощных событий дерехо на Среднем Западе показывает, как данные OPERA распространяются за пределы полевых участков на более крупные территории. Обнаруживая как постоянное затопление, так и изменения в состоянии растительности, DSWx и DIST вместе предоставляют синергетическую информацию, определяющую области, где улучшенный дренаж может привести к улучшению здоровья сельскохозяйственных культур и повышению урожайности. Этот подход также можно использовать для смягчения эрозии верхнего слоя почвы и переноса питательных веществ, чтобы контролировать развитие вредоносного цветения водорослей и возникновение бескислородных зон с последствиями далеко за пределами дельты Миссисипи.

Заключение

Использование данных OPERA Министерством сельского хозяйства США – ARS для картирования и мониторинга состояния сельскохозяйственных культур на Среднем Западе США показывает, как этот жизненно важный продукт данных устраняет разрыв между наукой о Земле и устойчивостью сельского хозяйства. Результаты этого сотрудничества подчеркивают миссию OPERA – преобразование новейших спутниковых наблюдений в полезные инструменты, которые поддерживают фермеров, улучшают сохранение почвы и воды, а также повышают устойчивость сельского хозяйства США. Это сотрудничество означает мандат OPERA как поставщика решений SNWG для удовлетворения потребностей федеральных пользователей в наблюдении. Все информационные продукты OPERA находятся в свободном доступе из различных центров НАСА DAAC и доступны для поиска на платформе NASA Earthdata Search. Команда приветствует прямое взаимодействие с отдельными федеральными, государственными, академическими и коммерческими заинтересованными сторонами, и с ней можно связаться по адресу [email protected].

Стивен К. Чан
Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института
[email protected]

Ренато Прата де Мораес Фрассон
Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института
[email protected]

Аль Ханвергер
Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института
[email protected]