Radartechnologie in de ruimte kan worden gebruikt om te meten hoe 'dorstig' planten en gewassen zijn. Dit zou een sleutelrol kunnen spelen bij het verbeteren van ons begrip van hoe ecosystemen en de water- en koolstofcycli met elkaar samenhangen. In theorie, we hebben de technologie om gewassen op wereldwijde schaal te monitoren en te identificeren waar corrigerende maatregelen nodig zijn. Op vrijdag 1 dec, Tim van Emmerik promoveert aan de TU Delft op zijn werk aan dit onderwerp.

Van Emmerik deed onderzoek naar neerslag, verdamping en manieren om de dorst van planten te meten. Zijn belangrijkste focus lag op de tropische regenwouden. Dit komt omdat ze een essentiële rol spelen in het water van de aarde, zuurstof- en koolstofkringlopen. "Als het Amazonewoud steeds droger wordt, of kleiner wordt door ontbossing, dit heeft gevolgen voor de water- en koolstofkringlopen. Dat zou kunnen bijdragen aan klimaatverandering op aarde, ", legt Van Emmerik uit.

Een praktisch probleem bij het onderzoek was dat de meetinstrumenten duur zijn of bomen kunnen beschadigen. Ze kunnen ook de extreme omstandigheden van een regenwoud niet verdragen. "Zodra je dozen met apparatuur gaat ophangen in een oeroud bos, slangen, spinnen en andere wezens beginnen erin te leven. Een mogelijk alternatief is om metingen vanuit de lucht te doen met satellieten of radar. Maar de enige manier om te weten of je metingen nauwkeurig zijn, is door te kijken wat er precies op de grond gebeurt."

Met de sterke groei in de smartphone-industrie, sensoren zijn veel goedkoper en robuuster geworden. Samen met zijn collega Rolf Hut, Van Emmerik kwam daarom op het idee om versnellingsmeters in te zetten als betaalbaar alternatief voor het meten van boombewegingen over een langere periode. Door de bewegingssnelheid van een boom te koppelen aan andere meteorologische en hydrologische gegevens, hij was in staat de boombewegingen te relateren aan externe drukken (zoals wind, verdamping en regenval) en deze te onderscheiden van de fysieke kenmerken van de boom zelf (zoals elasticiteit, massa en watergehalte).

Van Emmerik onderzocht dit alles stap voor stap bij tomatenplanten, in maïsvelden en in Brazilië.

Om de impact van waterstress in tropische regenwouden te onderzoeken, Er werden versnellingsmeters geïnstalleerd op 19 bomen in het Braziliaanse Amazonegebied om hun beweging te meten. De manier waarop bomen bewegen is afhankelijk van verschillende kenmerken. Van Emmerik laat zien dat de beweging wordt beïnvloed door de boommassa, de hoeveelheid water die op het bladerdak achterblijft en hoeveel de boom interageert met de atmosfeer. Uit de gegevens bleek ook een duidelijk verschil tussen het regenseizoen en het droge seizoen.

Aangenomen wordt dat deze verandering het gevolg is van veranderingen in boommassa, veroorzaakt door fluctuerend watergehalte of bladverlies door een toenemend watertekort. "Ik gebruikte veldgegevens van watertekort in bomen in combinatie met radarwaarnemingen om aan te tonen dat radarreflectie extreem gevoelig is voor toenemende waterstress. Tijdens de overgang van het regenachtige naar het droge seizoen, een duidelijke vermindering van regelmatige reflectie werd vastgesteld, wat kan worden verklaard door de snelle toename van het watertekort dat in de bomen wordt gemeten."

"De gevoeligheid van radarreflectie voor waterstress in vegetatie is al jaren onderwerp van discussie. Helaas is er waren tot nu toe onvoldoende waarnemingen om de theorie te testen. Ik heb aangetoond dat watertekort in vegetatie significante veranderingen veroorzaakt in het watergehalte en de geleidbaarheid van planten, wat op zijn beurt resulteert in waarneembare verschillen in radarreflectie."