Sin tecnología de detección avanzada, los humanos ven solo una pequeña porción de todo el espectro electromagnético. Los satélites ven el rango completo, desde rayos gamma de alta energía, a visible, infrarrojo, y microondas de baja energía. Las imágenes y los datos que recopilan se pueden utilizar para resolver problemas complejos. Por ejemplo, Los datos satelitales están siendo aprovechados por investigadores de la Universidad de Illinois para obtener una imagen más completa de las tierras de cultivo y estimar el rendimiento de los cultivos en el cinturón de maíz de EE. UU.

"En lugares donde podemos ver solo el color verde en los cultivos, Las imágenes electromagnéticas de los satélites revelan mucha más información sobre lo que realmente está sucediendo en las hojas de las plantas e incluso dentro del dosel. Cómo aprovechar esta información es el desafío, "dice Kaiyu Guan, un científico ambiental en la U of I y el autor principal de la investigación. "Utilizando varias bandas espectrales y mirándolas de forma integrada, revela información valiosa para mejorar el rendimiento de los cultivos ".

Guan dice que este trabajo es la primera vez que tantas bandas espectrales, incluyendo visible, infrarrojo, térmico, y microondas pasivo y activo, y las mediciones de fluorescencia del dosel se han reunido para observar los cultivos.

"Usamos un marco integrado llamado Regresión de mínimos cuadrados parciales para analizar todos los datos juntos. Este enfoque específico puede identificar información comúnmente compartida entre los diferentes conjuntos de datos. Cuando extraemos la información compartida de cada conjunto de datos, lo que queda es la información única relevante para las condiciones de la vegetación y el rendimiento de los cultivos ".

El estudio revela que los numerosos conjuntos de datos satelitales comparten información común relacionada con la biomasa de los cultivos que crecen en la superficie. Sin embargo, los investigadores también descubren que diferentes datos satelitales pueden revelar las tensiones ambientales que experimentan los cultivos en relación con la sequía y el calor. Guan dice que el aspecto desafiante de la observación de cultivos es que el grano, que es de lo que se trata el rendimiento de los cultivos, crece dentro del dosel, donde no es visible desde arriba. "Las bandas visibles o del infrarrojo cercano que se utilizan normalmente para el seguimiento de cultivos son principalmente sensibles al dosel superior, pero brindan poca información sobre la vegetación más profunda y las condiciones del suelo que afectan el estado hídrico y el rendimiento de los cultivos, "dice John Kimball de la Universidad de Montana, colaborador a largo plazo de Guan y coautor del artículo.

"Nuestro estudio sugiere que los datos del radar de microondas en la banda Ku contienen información excepcionalmente útil sobre el crecimiento de los cultivos, ", Dice Guan." Además de la información de biomasa, también contiene información adicional asociada con el estrés hídrico de los cultivos debido a la mayor sensibilidad de las microondas al contenido de agua del dosel, y el microondas también puede penetrar el dosel y ver a través de parte o todo el dosel. También encontramos que las bandas térmicas proporcionan información sobre el estrés hídrico y térmico, Guan dice:"Esta información nos dice cuándo las hojas abren o cierran sus poros para respirar y absorber carbono para el crecimiento".

Coautor David Lobell de la Universidad de Stanford, quien elaboró ​​la idea con Guan, dice que aprovechar todos estos datos satelitales juntos aumenta en gran medida la capacidad de monitorear los cultivos y el rendimiento de los cultivos.

"Esta es una era de macrodatos. Cómo entender todos los datos disponibles, generar información útil para los agricultores, economistas, y otros que necesitan conocer el rendimiento de la cosecha, es un desafío importante, "Dice Guan." Esta será una herramienta importante. Y, aunque comenzamos con el cinturón de maíz de EE. UU., este marco se puede utilizar para analizar las tierras de cultivo en cualquier parte del planeta ".

El estudio, "Los valores compartidos y únicos de la óptica, fluorescencia, datos satelitales térmicos y de microondas para estimar los rendimientos de cultivos a gran escala, "se publica en Percepción remota del medio ambiente . El trabajo fue iniciado y diseñado por Kaiyu Guan de la U of I y David Lobell de la Universidad de Stanford. Es coautor de un equipo de varios institutos de Jin Wu (Brookhaven National Lab), John S. Kimball (Universidad de Montana), Martha C. Anderson (USDA ARS), Steve Frolking (Universidad de New Hampshire), Bo Li (Universidad de Illinois), y Christopher R. Hain (NOAA).