Innovazione contro le gelate: droni e tecnologia per mappare le temperature

I migliori strumenti dei coltivatori per mitigare le gelate - le macchine del vento - necessitano di uno strato di inversione di aria più calda sopra il frutteto che si raffredda rapidamente. La circolazione di aria leggermente più calda può spesso essere sufficiente a mantenere le gemme e i fiori di ciliegio al di sopra delle temperature critiche.

Le previsioni meteorologiche e gli allarmi per le gelate avvertono i coltivatori dell'abbassamento delle temperature nei frutteti, ma le informazioni sulla presenza e sulla forza dell'inversione sono state più difficili da ottenere.

Un recente progetto di ricerca della Washington State University mira a colmare questa lacuna informativa - e ad aiutare i coltivatori a prendere decisioni migliori in materia di protezione dalle gelate - mappando le temperature dell'aria nelle notti di gelo. I ricercatori hanno costruito un nuovo modello con una combinazione di dati provenienti dalle stazioni Tier 1 di AgWeatherNet, che si ergono a 30 piedi di altezza e registrano le temperature a 1,5 metri (5 piedi) e a 9 metri (30 piedi).

"L'inversione è la differenza tra i due dati", ha dichiarato Lav Khot, professore associato del Centro per l'agricoltura di precisione e i sistemi automatizzati della WSU e direttore di AgWeatherNet. Queste informazioni potrebbero aiutare i coltivatori a stimare la forza dell'inversione sui loro frutteti, rispetto alle stazioni più vicine, e a determinare se le condizioni sono favorevoli per le macchine del vento o se devono invece ricorrere al calore supplementare.

Le previsioni sulla forza di inversione sono ora disponibili per circa 30 stazioni a torre della rete WSU e saranno presto visualizzate anche sulle pagine dei modelli di resistenza al freddo, ha detto Khot, e su altre torri dopo quest'anno di raccolta dati. Quest'anno, inoltre, i coltivatori potranno ottenere previsioni giornaliere specifiche per tutte le stazioni della rete, per tenere d'occhio gli eventi di gelo, grazie ai modelli di apprendimento automatico che il team di AgWeatherNet ha costruito.

Il prossimo passo: "Vogliamo prevedere le inversioni per le stazioni in cui non abbiamo sensori da 9 metri", ha detto. Questa primavera segna il terzo anno di raccolta dati per il progetto di ricerca sulla mitigazione del gelo di precisione, finanziato da una sovvenzione del programma Cyber-Physical Systems del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti.

Un altro aspetto del progetto si è concentrato sui frutteti commerciali. I ricercatori hanno fatto volare droni dotati di sensori termici durante gli eventi freddi per raccogliere dati sul movimento dell'aria fredda attraverso il terreno dei frutteti. Stanno ancora analizzando i dati relativi all'efficienza delle macchine del vento in diverse condizioni e all'estensione della loro sfera di protezione.

I coltivatori esperti conoscono già le loro aree a rischio di gelate, ma i dati dei sensori possono colmare le lacune nei nuovi frutteti o per una nuova gestione, ha detto Khot.

Far volare un drone con un sensore di temperatura durante le gelate può identificare i punti a rischio in modo più efficace rispetto alla pratica comune di andare in giro a controllare i termometri o di metterne uno sul camion. Gli studenti laureati che hanno lavorato al progetto, Srikanth Gorthi e Jake Schrader, hanno presentato un approccio di monitoraggio a basso costo durante una giornata sul campo la scorsa estate: un drone da 500 dollari e un sensore a termocoppia da 400 dollari applicato con adesivi in velcro.

Immagine 1: Gorthi spiega come i sensori termici di questo drone siano stati utilizzati per valutare le prestazioni delle macchine eoliche, in modo spaziale, durante gli eventi di gelo.

"Quando create un frutteto, procuratevi una mappa termica della distribuzione della temperatura per decidere dove devono andare le macchine del vento", ha detto Khot, insieme a una mappa topografica. "Potete usare i dati di questi strumenti di rilevamento per decidere".

Anche la tecnologia commerciale sta diventando più intelligente.

L'agricoltore Seth Hayden ha ospitato i ricercatori della WSU presso la Hayden Farms, fuori Pasco, negli ultimi due anni; loro fanno volare i loro droni per mappare le temperature mentre lui è impegnato a controllare 35 macchine del vento. Tutte le macchine sono ora dotate di sensori di temperatura ORCell e di un sistema di avvio automatico di Orchard-Rite.

L'automazione rende più facile la gestione delle notti di gelo, dice Hayden, e l'app lo avvisa se una macchina richiede attenzione. Con la proliferazione di questi sistemi, non c'è una chiara pratica migliore per quanto riguarda la posizione del sensore di temperatura che li attiva, ha detto Gorthi.

"Se lo si mette troppo vicino alla macchina del vento, può causare accensioni e spegnimenti molto frequenti", ha detto. Inoltre, il motore della macchina emette calore che può alterare le letture. Hayden ha posizionato i suoi sensori a circa 15 metri dalle macchine eoliche, collegati da cavi che possono essere messi a rischio da altre attività dell'azienda.

L'approccio della mappatura termica dovrebbe essere in grado di guidare i coltivatori sul miglior posizionamento e sul numero di sensori che attivano le macchine del vento e sui sensori che controllano l'efficacia del loro funzionamento per mitigare il freddo, ha detto Khot.

Immagine 2.

Gorthi ha anche installato due sistemi per misurare la temperatura delle gemme di ciliegio durante le gelate e ha scoperto che la gemma stessa è tipicamente più fredda di diversi gradi rispetto alla temperatura dell'aria circostante.

I germogli si raffreddano più rapidamente dell'aria fino a quando le temperature non raggiungono il punto di rugiada, ovvero il punto in cui l'acqua presente nell'aria si condensa in brina, rilasciando calore e rallentando il raffreddamento. Nei climi secchi, il punto di rugiada è più basso e se è al di sotto della temperatura critica, i danni possono verificarsi rapidamente.

Per misurarlo, ha utilizzato sia termocoppie inserite nei germogli (cosa che, ammette, solo i ricercatori userebbero) sia un sensore radiativo per il gelo di Apogee Instruments, progettato per simulare le temperature delle piante durante gli eventi di gelo. Entrambi hanno registrato temperature dei germogli tra 1 e 4 gradi più fredde rispetto alla temperatura dell'aria.

Gorthi ha pubblicato questi risultati in un articolo del WSU Fruit Matters a febbraio, concludendo che ulteriori ricerche sulla relazione tra le temperature dell'aria e delle gemme potrebbero migliorare le previsioni delle temperature letali.

"Ogni notte di gelo è diversa", ha detto, citando l'influenza della velocità del vento, dell'umidità e della copertura nuvolosa. Man mano che la WSU raccoglie dati su ogni diversa serie di condizioni di gelo, questi confluiranno in modelli di apprendimento automatico per trovare gli schemi e migliorare le previsioni di AgWeatherNet.

Fonte: Good Fruit Grower
Immagini: Good Fruit Grower

Cherry Times - Tutti i diritti riservati