太空中详细的图像提供了植物干旱影响的更清晰画面
J-WAFS研究人员正在利用遥感观测来构建高分辨率系统，以监测干旱情况
“麻省理工学院是梦想成真的地方，”土木与环境工程系助理教授César Terrer说道。在麻省理工学院，Terrer说他得到了探索他最感兴趣的想法所需的资源，而在他的优先列表的顶端是气候科学。特别是，他对植物-土壤相互作用和两者如何减缓气候变化的影响非常感兴趣。2022年，Terrer获得了阿卜杜勒·拉蒂夫·贾米勒水和食品系统实验室（J-WAFS）的种子资助，用于为农民生产干旱监测系统。该项目利用新一代遥感设备，提供区域到全球尺度的高分辨率植物水分胁迫。
在西班牙格拉纳达长大的Terrer一直对科学有着天赋和热情。他在穆尔西亚大学学习环境科学，在生态学系实习。他使用计算分析工具，研究物种分布对人类发展的响应。在他的本科生经历的早期阶段，Terrer认为他的教授是一种学术能力的“超级英雄”。他知道他想要追随他们的脚步，有一天成为学术界的教职员工。当然，在实现这个梦想之前，还有许多步骤。
完成本科学业后，Terrer将目光投向了令人兴奋和冒险的研究职位。他认为自己可能会在亚马逊进行野外工作，与当地社区互动。但是当他有机会在澳大利亚工作时，他前往了南方，研究植物如何应对生长于本土澳大利亚桉树的生物群落中的二氧化碳水平的未来模拟的先进气候变化实验。正是在这个经历中，Terrer开始对碳循环和生态系统缓冲人类活动引起的二氧化碳上升的能力产生浓厚兴趣。
大约在2014年，在伦敦帝国学院开始博士研究期间，他开始更深入地研究碳循环。Terrer在他的博士学位期间要回答的主要问题是“植物是否能够吸收大气中预测的二氧化碳水平？”为了回答这个问题，Terrer成为了人工智能、机器学习和遥感的早期采用者，以分析来自真实生活的全球气候变化实验的数据。他从这些“地面真实”值和观察结果中得出的研究结果发表在了《科学》杂志上。在其中，他声称气候模型很可能高估了到本世纪末植物将能够吸收的碳量，高估了三倍。
在斯坦福大学和巴塞罗那自治大学的博士后职位以及著名的劳伦斯奖学金之后，Terrer说他“有太多的想法，没有足够的时间来实现所有这些想法。”他知道是时候带领自己的团队了。不久之后，他申请了教职员工职位，并进入了麻省理工学院。
监测干旱的新方法
Terrer正在为他的J-WAFS项目使用与他在博士期间使用的类似方法分析来自世界各地的数据。他和博士后Wenzhe Jiao收集来自遥感卫星和野外实验的数据，并使用机器学习来想出监测干旱的新方法。Terrer说Jiao是一位“遥感巫师”，他将来自不同卫星产品的数据融合在一起，以了解水循环。在Jiao的水文专业知识和Terrer的植物、土壤和碳循环知识的帮助下，这对二人组是解决这个项目的强大团队。
根据联合国世界气象组织的数据，自2000年以来，干旱的数量和持续时间增加了29％，相比之前的两个十年。从非洲之角到美国西部，干旱正在摧毁植被并严重影响水供应，影响食品生产并加剧食品安全问题。监测干旱可以提供有关干旱位置、频率和严重程度的基本信息，但评估干旱对植被的影响极其具有挑战性。这是因为植物对水亏缺的敏感度在物种和生态系统之间有所不同。
Terrer和Jiao通过采用最新一代遥感观测方法，获得了植物如何受干旱影响的更清晰的画面，这些方法提供了令人难以置信的空间和时间分辨率的行星图像。如Sentinel、Landsat和Planet等卫星产品可以提供每日的高分辨率空间图像，可以分辨出每个树木。除了卫星图像和数据集外，该团队还使用来自气象数据的地面观测。他们还利用麻省理工学院林肯实验室的MIT SuperCloud处理和分析所有数据集。J-WAFS项目是利用高分辨率数据在美国量化测量植物干旱影响的第一批项目之一，希望在未来扩展到全球评估。
协助农民和资源管理者
每周，美国干旱监测中心提供一张美国干旱情况的地图。该地图的分辨率为零，更像是对干旱情况的总结，无法预测未来的干旱情况。历史和未来干旱对全球植被生产力的全面时空评估的缺乏对美国和全球的农民都是不利的。
Terrer和Jiao计划以前所未有的10-30米分辨率生成植物水分胁迫度量。这意味着他们将能够提供与典型美国农场规模相对应的干旱监测地图，每一到两天提供农民更精确、有用的数据。该团队将利用卫星信息监测植物生长和土壤湿度，以及植物生长响应土壤湿度的时间滞后。通过这种方式，Terrer和Jiao表示，他们最终将能够创建一种“植物水分胁迫预测”，可能能够预测四周内干旱的不利影响。Jiao说：“根据当前的土壤湿度和滞后响应时间，我们希望预测未来的植物水分胁迫情况。”
这个项目预期的结果将为农民、土地和水资源管理者以及决策者提供更准确的农场特定级别的数据，从而实现更好的干旱准备、缓解和适应。Jiao说：“我们希望在项目完成后将我们的数据公开，并将其作为工具，供农民和其他利益相关者使用。”Terrer补充说，该项目“有助于我们更好地了解气候系统的未来状态，并识别更可能在国家、州、地方和部落政府范围内经历水危机的区域热点。”他还期望该项目将增强我们对全球碳水能循环响应干旱的理解，具有确定整个自然生态系统受气候变化影响的应用。
