EOS-4 dual-polarised and Hybrid polarimetric data utilization for field crops and plantation monitoring

Nelle monsoni umidi e soffocati dalle nuvole dell'India, osservare una coltura crescere dallo spazio è stato a lungo un gioco d'azzardo. I satelliti ottici, che si affidano alla luce visibile per scattare fotografie, sono spesso accecati dalla fitta nebbia, dalla foschia o dalla pioggia incessante che definisce la stagione di crescita. Quando il cielo è grigio, la vista dall'alto scompare, lasciando agricoltori e scienziati al buio riguardo alla salute dei loro campi. Per risolvere questo problema, i ricercatori si sono rivolti a un tipo diverso di occhio: il radar. A differenza di una fotocamera che ha bisogno di luce, il radar invia impulsi di microonde invisibili che rimbalzano sul terreno e tornano al satellite, vedendo attraverso le nuvole e l'oscurità. Questa tecnologia è particolarmente sensibile alla struttura fisica delle piante e all'acqua che contengono, rendendola uno strumento affidabile per monitorare l'agricoltura anche quando le condizioni meteorologiche sono al peggio. Per anni, gli scienziati hanno usato questi segnali radar per mappare il riso e altre colture, ma un nuovo satellite ha recentemente offerto un modo più nitido e versatile per guardare la terra, promettendo di rivelare dettagli sulla crescita delle piante che prima erano nascosti.

Un team di ricercatori degli istituti indiani di telerilevamento e scienze spaziali ha recentemente messo alla prova questa nuova capacità con il lancio di EOS-4, un satellite progettato per trasportare strumenti radar avanzati. Il loro obiettivo era vedere se questi nuovi dati potessero fare di più che identificare semplicemente quali colture stessero crescendo; volevano sapere se potessero tracciare la vita quotidiana di un campo, dal momento in cui i semi vengono seminati fino al raccolto finale, e persino monitorare i compli cicli pluriennali delle piantagioni di tè. Lo studio si è concentrato su due paesaggi molto diversi: le pianure piatte e semi-aride di Agra, dove gli agricoltori coltivano riso e miglio perlato, e i giardini di tè nebbiosi e collinari di Palampur. Combinando scansioni ad ampia area che coprono intere regioni con istantanee ad alta risoluzione di campi specifici, il team ha mappato come i segnali radar cambiassero mentre le colture crescevano, maturavano e venivano raccolte.

Nei campi di Agra, i ricercatori hanno osservato il riso e il miglio perlato durante la stagione dei monsoni. Il riso, che viene spesso piantato in risaie allagate, presentava una firma unica. Quando i campi erano stati appena allagati e le giovani piante venivano appena trapiantate, il segnale radar era molto debole perché la superficie liscia dell'acqua agiva come uno specchio, riflettendo il segnale lontano dal satellite. Man mano che il riso cresceva in altezza e le foglie iniziavano a riempire l'aria, il segnale diventava più forte, rimbalzando con più vigore. Il team ha scoperto che guardando questi cambiamenti nel tempo, potevano distinguere tra il riso piantato precocemente, in tempo o in ritardo, creando un quadro chiaro del programma di raccolta in tutto il distretto. Il miglio perlato, un cereale resistente che prospera in condizioni più secche, mostrava un modello diverso. Mentre le piante crescevano dal suolo nudo a steli densi e alti, il segnale radar aumentava costantemente, raggiungendo il picco quando la coltura era al suo massimo. I ricercatori hanno utilizzato un indice specifico, un calcolo basato su come il radar rimbalzava sulle piante, per tracciare questa crescita. Hanno scoperto che questo indice saliva man mano che la coltura diventava rigogliosa e poi scendeva di nuovo quando le piante si asciugavano e venivano raccolte, lasciando dietro di sé solo la paglia o gli steli legati. Ciò ha permesso loro di individuare esattamente quando le colture erano pronte per essere tagliate e quando i campi erano vuoti.

Per comprendere le piante in modo più dettagliato, il team ha anche utilizzato una modalità ad alta risoluzione del satellite che poteva vedere i singoli campi con un'incredibile chiarezza. Hanno raccolto campioni fisici dal terreno, misurando il peso delle piante e la loro altezza, e hanno confrontato questi numeri con i dati radar. Hanno scoperto che i nuovi segnali radar erano altamente sensibili alla quantità di materiale vegetale vivo, noto come biomassa, e all'area fogliare, anche quando le colture erano molto dense. Scomponendo il segnale radar in diversi tipi di rimbalzi, potevano distinguere tra la superficie liscia di un campo raccolto, il doppio rimbalzo che avviene quando un segnale colpisce il terreno e poi uno stelo verticale, e il rimbalzo di volume che si verifica quando un segnale si disperde attraverso una fitta chioma di foglie. Questo livello di dettaglio significava che non potevano solo vedere che una coltura era presente, ma anche stimare quanto fosse abbondante e quanto fosse sana, il tutto senza mettere piede nel campo.

Lo studio ha rivolto la sua attenzione anche ai giardini di tè di Palampur, una coltura che si comporta in modo molto diverso dai cereali annuali. Il tè è una pianta perenne, il che significa che cresce anno dopo anno, e il suo valore dipende dalla tempistica della raccolta delle foglie e dei germogli più giovani. I ricercatori hanno scoperto che il radar poteva rilevare i momenti specifici in cui le piante venivano potate e quando le foglie venivano raccolte. Quando i cespugli di tè venivano potati, il radar vedeva un cambiamento nella struttura delle piante, e man mano che le nuove foglie ricrescevano, il segnale cambiava di nuovo. Hanno osservato che la presenza di alberi d'ombra nei giardini creava un segnale costante, ma i cespugli di tè stessi mostravano cambiamenti distinti a seconda che fossero in fase di raccolta o in una fase di dormienza invernale. I dati hanno rivelato che la raccolta e la potatura tempestive creavano schemi specifici nel ritorno radar, consentendo il monitoraggio di queste fasi economiche anche durante le forti piogge del monsone, un periodo in cui l'osservazione tradizionale è quasi impossibile.

I risultati suggeriscono che questo nuovo sistema satellitare è uno strumento potente per gestire l'agricoltura in regioni dove il tempo spesso oscura la vista. Si è dimostrato capace di distinguere tra diversi tipi di colture, tracciare le loro fasi di crescita con precisione ed estimare la loro condizione fisica. La capacità di vedere attraverso nuvole e nebbia significa che agricoltori e pianificatori possono prendere decisioni basate su dati in tempo reale piuttosto che su supposizioni. Sebbene lo studio si sia concentrato su riso, miglio e tè, i metodi sviluppati qui puntano verso un futuro in cui il radar potrà monitorare una vasta gamma di colture e piantagioni, fornendo un occhio continuo e affidabile sulla fornitura alimentare, indipendentemente dal meteo sovrastante.