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

Nas monções úmidas e carregadas de nuvens da Índia, observar o crescimento de uma colheita do espaço tem sido, há muito tempo, um jogo de azar. Os satélites ópticos, que dependem da luz visível para tirar fotos, são frequentemente cegados pela névoa espessa, pela bruma ou pela chuva implacável que define a estação de cultivo. Quando o céu está cinzento, a visão de cima desaparece, deixando agricultores e cientistas no escuro sobre a saúde de seus campos. Para resolver isso, pesquisadores recorreram a um tipo diferente de olho: o radar. Ao contrário de uma câmera que precisa de luz, o radar envia pulsos de micro-ondas invisíveis que ricocheteiam no solo e retornam ao satélite, enxergando através das nuvens e da escuridão. Esta tecnologia é particularmente sensível à estrutura física das plantas e à água que elas contêm, tornando-se uma ferramenta confiável para monitorar a agricultura mesmo quando o clima está em seu pior. Durante anos, cientistas usaram esses sinais de radar para mapear arroz e outras culturas, mas um novo satélite ofereceu recentemente uma forma mais nítida e versátil de observar a Terra, prometendo revelar detalhes sobre o crescimento das plantas que antes estavam ocultos.

Uma equipe de pesquisadores de institutos de sensoriamento remoto e ciências espaciais da Índia testou recentemente essa nova capacidade com o lançamento do EOS-4, um satélite projetado para carregar instrumentos de radar avançados. O objetivo deles era ver se esses novos dados poderiam fazer mais do que apenas identificar quais culturas estavam crescendo; eles queriam saber se poderiam rastrear a vida diária de um campo, desde o momento em que as sementes são semeadas até a colheita final, e até monitorar os ciclos complexos e plurianuais das plantações de chá. O estudo focou em duas paisagens muito diferentes: as planícies planas e semiáridas de Agra, onde os agricultores cultivam arroz e milhete perolado, e os jardins de chá nebulosos e montanhosos de Palampur. Ao combinar varreduras de ampla área que cobrem regiões inteiras com instantâneos de alta resolução de campos específicos, a equipe mapeou como os sinais de radar mudavam conforme as culturas cresciam, amadureciam e eram colhidas.

Nos campos de Agra, os pesquisadores observaram o arroz e o milhete perolado através da estação das monções. O arroz, que é frequentemente plantado em arrozais inundados, apresentou uma assinatura única. Quando os campos foram inicialmente inundados e as plantas jovens estavam sendo apenas transplantadas, o sinal de radar era muito fraco porque a superfície lisa da água agia como um espelho, refletindo o sinal para longe do satélite. À medida que o arroz crescia e as folhas começavam a preencher o ar, o sinal tornava-se mais forte, ricocheteando com mais vigor. A equipe descobriu que, ao observar essas mudanças ao longo do tempo, poderiam distinguir entre o arroz plantado cedo, no tempo certo ou atrasado, criando um quadro claro do cronograma de colheita em todo o distrito. O milite perolado, um grão resistente que prospera em condições mais secas, mostrou um padrão diferente. Conforme as plantas cresciam de solo nu para caules densos e altos, o sinal de radar aumentava constantemente, atingindo o pico quando a cultura estava em seu estado pleno. Os pesquisadores utilizaram um índice específico, um cálculo baseado em como o radar ricocheteava nas plantas, para rastrear esse crescimento. Eles descobriram que este índice subia conforme a cultura se tornava exuberante e depois caía novamente quando as plantas secavam e eram colhidas, deixando para trás apenas a palhada ou os feixes de talos. Isso permitiu que determinassem exatamente quando as culturas estavam prontas para o corte e quando os campos estavam vazios.

Para entender as plantas com maior detalhe, a equipe também utilizou um modo de alta resolução do satélite que podia ver campos individuais com incrível clareza. Eles coletaram amostras físicas no solo, medindo o peso das plantas e sua altura, e compararam esses números com os dados de radar. Descobriram que os novos sinais de radar eram altamente sensíveis à quantidade de material vegetal vivo, conhecido como biomassa, e à área foliar, mesmo quando as culturas eram muito densas. Ao decompor o sinal de radar em diferentes tipos de reflexos, puderam distinguir entre a superfície lisa de um campo colhido, o reflexo duplo que ocorre quando um sinal atinge o solo e depois um caule vertical, e o reflexo de volume que ocorre quando um sinal se dispersa através de um dossel de folhas espesso. Este nível de detalhe significava que eles não podiam apenas ver que uma cultura estava lá, mas também estimar quanta parte dela havia e quão saudável ela estava, tudo sem dar um passo sequer no campo.

O estudo também voltou sua atenção para os jardins de chá de Palampur, uma cultura que se comporta de forma muito diferente dos grãos anuais. O chá é uma planta perene, o que significa que cresce ano após ano, e seu valor depende do tempo de colheita das folhas e botões mais jovens. Os pesquisadores descobriram que o radar podia detectar os momentos específicos em que os arbustos eram podados e quando as folhas eram colhidas. Quando os arbustos de chá eram podados, o radar via uma mudança na estrutura das plantas e, conforme as novas folhas cresciam, o sinal mudava novamente. Observaram que a presença de árvores de sombra nos jardins criava um sinal consistente, mas os próprios arbustos de chá mostravam mudanças distintas dependendo de estarem sendo colhidos ou em uma fase de dormência invernal. Os dados revelaram que a colheita e a poda oportunas criavam padrões específicos no retorno do radar, permitindo o monitoramento dessas etapas econômicas mesmo durante as fortes chuvas da monção, um período em que a observação tradicional é quase impossível.

As descobertas sugerem que este novo sistema de satélite é uma ferramenta poderosa para gerir a agricultura em regiões onde o clima frequentemente obscurece a visão. Provou ser capaz de distinguir entre diferentes tipos de culturas, rastrear seus estágios de crescimento com precisão e estimar sua condição física. A capacidade de enxergar através de nuvens e névoa significa que agricultores e planejadores podem tomar decisões baseadas em dados em tempo real, em vez de suposições. Embora o estudo tenha focado em arroz, milhete e chá, os métodos desenvolvidos aqui apontam para um futuro onde o radar pode monitorar uma grande variedade de culturas e plantações, fornecendo um olhar contínuo e confiável sobre o suprimento de alimentos, independentemente do clima acima.