不开玩笑，用卫星观测农业灌溉 「 地下水 」

小麦、大米、糖、棉花和玉米等是全球经济中重要的国际贸易作物。据联合国统计数据，为了生产这些农作物，许多国家仍然依赖地下水进行灌溉，其中有很大比例的淡水资源是非可再生的。

农业灌溉用水中你不知道的事

伦敦大学学院与美国国家航空航天局(NASA)的一项新研究表明，在全球范围内非可再生灌溉用水(地下水)中，有11%用于在国际市场上交易的作物。

依赖于非可再生地下水进行农业灌溉，再将所产作物进行国际贸易的国家中有三分之二来自巴基斯坦(29%)、美国(27%)和印度(12%)。

当人们消费某些进口食品时，他们应该意识到，他们可能会对其他地方的环境产生影响。

研究人员将联合国粮农组织统计的各国农产品的贸易数据与全球水文模型(用地面信息和NASA的卫星数据进行验证)相结合，来确定哪些农作物主要依赖于地下水灌溉，以及地下水资源变化对农作物生产地和消费地的影响。

例如，我在日本买玉米，主要是从美国进口。那么，知道美国地下水资源是否具有可持续性是很有必要的。因为从长期来看，如果地下水资源减少了太多，美国的玉米将很难进行种植。

在全球范围内，所有种植的农作物中有18%在国际市场上流通，剩下的82%留在国内市场。然而，2000年至2010年间，依赖非可再生的地下水灌溉的农作物出口量大大增加。印度的地下水耗水量增加了一倍，而巴基斯坦增长了70%，美国增长了57%。

那些出口和进口这些依赖非可再生的地下水灌溉的农作物的国家，未来要面临的不仅是经济风险，他们还可能永远见不到某种农作物。进口商如果寻求替代来源，要付出很高的代价。

这些农作物(依赖非可再生的地下水灌溉)的主要进口国包括美国、伊朗、墨西哥、日本、沙特阿拉伯、加拿大、孟加拉国、英国、伊拉克和中国。

非可再生的地下水一旦枯竭，它就会在人类世界中永远消失。

如何用卫星观测地下水的变化

物体的质量越大，它的引力越大。例如，巨大的落基山脉产生的引力比美国中西部平原要大得多。人类不会注意到这些微小的差异，但卫星可以。当卫星在轨道上运行时，接近一个具有巨大引力的地方时，会稍微加速。

在过去15年里，美国国家航空航天局(NASA)跟德国航空中心合作，利用 GRACE 卫星(两个完全相同的卫星)观测地球重力场变化。通过重力场的变化，能推测出地下水的变化。

GRACE 卫星在2002年升空后开始将重力数据传回地球。而在此前十多年，美国测量地下水只是在地球表面进行，包括1383个采用实时声探的地质调查观测井，5908个日常读数的观测点，再加上对全国数十万个井、沟、洞穴进行水位测量作为补充。

地球引力的绝大部分来自地球内部的质量。然而，一小部分是来自地球表面或接近地表的水的质量。海洋、河流、冰川和地下水的变化比地球内部的变化快得多。GRACE 的任务就是从太空观察这些变化，揭示水循环的秘密。

GRACE 通过观察两个卫星之间的距离来测量地球质量的变化，这两个卫星在相距约137英里(220公里)的轨道上运行。地球质量的变化会改变了它们之间的距离——只有几微米(人类头发直径的一小部分)。

GRACE 的创新之处在于，它将地下水损耗与国家层面的数据联系在了一起。与此同时，我们还应该考虑人口增长、饮食变化、气候变化、灌溉技术的实施和政策的改变等因素，以了解地下含水层何时开始干涸。

进展

在过去的15年时间里，GRACE 的工作时间已经是是原计划的三倍了。虽然已经已经尽了一切可能来延长 GRACE 的生命周期，但是燃料可能在今年夏天就会耗尽。

自2012年以来，美国国家航空航天局和 GFZ 公司一直在进行一项名为“GRACE后续”(GRACE - fo)的第二次“GRACE”任务，德国再次采购了一辆运载火箭，以及在德国的空中客车公司制造的双卫星。GRACE - fo计划计划于2017年12月至2018年2月之间发射。通过 GRACE - fo，我们能够准确地了解全球水循环的情况。