Sans technologie de détection avancée, les humains ne voient qu'une petite partie de l'ensemble du spectre électromagnétique. Les satellites voient toute la gamme, des rayons gamma à haute énergie, à visible, infrarouge, et des micro-ondes à faible consommation d'énergie. Les images et les données qu'ils collectent peuvent être utilisées pour résoudre des problèmes complexes. Par exemple, les données satellitaires sont exploitées par des chercheurs de l'Université de l'Illinois pour obtenir une image plus complète des terres cultivées et pour estimer le rendement des cultures dans la ceinture de maïs des États-Unis.

"Dans les endroits où nous pouvons voir juste la couleur verte dans les cultures, l'imagerie électromagnétique des satellites révèle beaucoup plus d'informations sur ce qui se passe réellement dans les feuilles des plantes et même à l'intérieur de la canopée. Comment tirer parti de ces informations est le défi, " dit Kaiyu Guan, un scientifique de l'environnement à l'U of I et l'auteur principal de la recherche. "En utilisant différentes bandes spectrales et en les regardant de manière intégrée, révèle de riches informations pour améliorer le rendement des cultures."

Guan dit que ce travail est la première fois qu'autant de bandes spectrales, y compris visible, infrarouge, thermique, et micro-ondes passif et actif, et les mesures de fluorescence de la canopée ont été réunies pour examiner les cultures.

« Nous avons utilisé un cadre intégré appelé Régression partielle des moindres carrés pour analyser toutes les données ensemble. Cette approche spécifique peut identifier les informations communément partagées entre les différents ensembles de données. Lorsque nous extrayons les informations partagées de chaque ensemble de données, ce qui reste, ce sont les informations uniques relatives aux conditions de végétation et au rendement des cultures. »

L'étude révèle que les nombreux ensembles de données satellitaires partagent des informations communes liées à la biomasse des cultures cultivées en surface. Cependant, les chercheurs découvrent également que différentes données satellitaires peuvent révéler les contraintes environnementales que subissent les cultures liées à la sécheresse et à la chaleur. Guan dit que l'aspect difficile de l'observation des cultures est que le grain, c'est la raison d'être du rendement des cultures, pousse à l'intérieur de la canopée, où il n'est pas visible d'en haut. "Les bandes visibles ou proche infrarouge généralement utilisées pour le suivi des cultures sont principalement sensibles à la canopée supérieure, mais fournissent peu d'informations sur la végétation plus profonde et les conditions du sol affectant l'état de l'eau des cultures et le rendement, " dit John Kimball de l'Université du Montana, un collaborateur à long terme avec Guan et un co-auteur de l'article.

"Notre étude suggère que les données radar micro-ondes de la bande Ku contiennent des informations particulièrement utiles sur la croissance des cultures, " Dit Guan. " En plus des informations sur la biomasse, il contient également des informations supplémentaires associées au stress hydrique des cultures en raison de la sensibilité plus élevée aux micro-ondes à la teneur en eau de la canopée, et les micro-ondes peuvent également pénétrer dans la canopée et voir à travers une partie ou la totalité de la canopée. Nous constatons également que les bandes thermiques fournissent des informations sur le stress hydrique et thermique, " Dit Guan. "Cette information nous indique quand les feuilles ouvrent ou ferment leurs pores pour respirer et absorber le carbone pour la croissance."

Co-auteur David Lobell de l'Université de Stanford, qui a conçu l'idée avec Guan, dit tirer parti de toutes ces données satellitaires ensemble augmente considérablement la capacité de surveiller les cultures et le rendement des cultures.

"Nous sommes à l'ère du big data. Comment donner un sens à toutes les données disponibles, générer des informations utiles pour les agriculteurs, économistes, et d'autres qui ont besoin de connaître le rendement des cultures, est un défi important, " dit Guan. " Ce sera un outil important. Et, bien que nous ayons commencé avec la ceinture de maïs américaine, ce cadre peut être utilisé pour analyser les terres cultivées n'importe où sur la planète."

L'étude, "Les valeurs partagées et uniques de l'optique, fluorescence, données satellitaires thermiques et micro-ondes pour estimer les rendements des cultures à grande échelle, " est publié dans Télédétection de l'environnement . Le travail a été initié et conçu par Kaiyu Guan de U of I et David Lobell de l'Université de Stanford. Il est co-écrit par une équipe multi-instituts de Jin Wu (Brookhaven National Lab), John S. Kimball (Université du Montana), Martha C. Anderson (USDA ARS), Steve Frolking (Université du New Hampshire), Bo Li (Université de l'Illinois), et Christopher R. Hain (NOAA).