Undersøgelsen sporer hukommelsen af ​​jordfugtighed

De øverste 2 tommer muldjord på alle Jordens landmasser indeholder en uendelig lille del af planetens vand - mindre end en tusindedel af en procent. Men på grund af dens placering i grænsefladen mellem jorden og atmosfæren, den lille mængde spiller en afgørende rolle i alt fra landbrug til vejr og klima, og endda spredning af sygdom.

Opførselen og dynamikken i dette fugtreservoir har været meget svær at kvantificere og analysere, imidlertid, fordi målinger har været langsomme og besværlige at lave.

Den situation ændrede sig med opsendelsen i 2015 af en NASA-satellit kaldet SMAP (Soil Moisture Active Passive), designet til at give globalt omfattende og hyppige målinger af fugten i det øverste jordlag. SMAPs første år med observationsdata er nu blevet analyseret og giver nogle væsentlige overraskelser, der vil hjælpe med modellering af klima, vejrudsigt, og overvågning af landbruget rundt om i verden.

Disse nye resultater er rapporteret i tidsskriftet Natur Geovidenskab , i et papir af lederen af ​​SMAP Science Team Dara Entekhabi, nyligt MIT kandidat Kaighin McColl PhD '16, og fire andre. Entekhabi er professor i Ralph M. Parsons Laboratory for Environmental Science and Engineering i MIT's Department of Civil and Environmental Engineering.

SMAP-observationerne giver et hidtil uset niveau af detaljerede, verdensomspændende information om mængden af ​​vand i de øverste 2 tommer (5 centimeter) jord, indsamles globalt hver anden til tredje dag. Entekhabi siger, at dette er vigtigt, fordi dette tynde lag er en vigtig del af det globale vandkredsløb over kontinenterne, og også en nøglefaktor i det globale energi- og kulstofkredsløb.

Nedbør på land, og fordampningen af ​​den fugt fra landet, "overfører store mængder energi" mellem kontinenterne og atmosfæren, Entekhabi siger, og Jordens klima ville være drastisk anderledes uden dette element. Havene, indeholder 97 procent af jordens vand, give en vigtig rolle i lagring og frigivelse af varme, men over land ydes den rolle af fugten i det øverste lag af jorden, dog gennem forskellige mekanismer. Den fugt "er en lille, lille brøkdel af vandbudgettet, men det sidder i en meget kritisk zone ved jordens overflade, og spiller en uforholdsmæssigt kritisk rolle i vandets kredsløb, " siger han. "Det spiller en væsentlig rolle i at moderere klimaet, på sæsonmæssige og årlige tidsplaner. "

Forstå disse cyklusser bedre, takket være de nye data, kunne hjælpe med at gøre vejrudsigter mere nøjagtige over længere tidsskalaer, hvilket kunne være en vigtig fordel for landbruget. Flere føderale agenturer er allerede begyndt at bruge SMAP-dataene, Entekhabi siger, for eksempel, for at hjælpe med at gøre prognoser for tørke- og oversvømmelser mere nøjagtige.

"Satellitten leverer en ekstraordinær kvalitet af overfladejordfugtighedsinformation, der gør denne analyse mulig, " siger han. Satellittens primære mission på tre år er cirka halvvejs forbi, han siger, men holdet arbejder på at ansøge om en udvidet mission, der kan vare så meget som et årti.

En af de store overraskelser fra de nye data er, at dette øverste niveau af jord bevarer en "hukommelse" for vejranomalier, mere end det var blevet forudsagt fra teorien og tidligere, sparsommere mål. Hukommelse refererer til vedvarende virkninger fra usædvanlig høje eller lave mængder nedbør. I modsætning til de fleste forskeres forventninger, det viser sig, at disse virkninger varer ved i nogle dage, i stedet for blot et par timer. Gennemsnitlig, omkring en syvendedel af mængden af ​​regn, der falder, er stadig til stede i det øverste jordlag tre dage efter, at det falder - og denne vedholdenhed er størst i de tørreste områder.

Dataene viser også en signifikant feedback-effekt, der kan forstærke virkningerne af både tørke og oversvømmelser, siger Entekhabi. Når fugt fordamper fra våd jord, det køler jorden i processen, men når jorden bliver for tør, at afkølingen aftager, hvilket kan føre til varmere vejr og hedebølger, der forlænger og uddyber tørkeforhold. Sådanne effekter "var blevet spekuleret, " han siger, "men var ikke blevet observeret direkte."

Den igangværende SMAP-mission giver også uddannelsesmuligheder, der hjælper med at verificere og kalibrere satellitdataene. Med minimalt udstyr, studerende kan deltage i praktiske lektioner i dataindsamling, ved hjælp af målemetoder, der betragtes som guldstandarden. For eksempel, de kan samle en prøve af jord i et fast volumen såsom en tundåse, og vej det før og efter udtørring. Forskellen mellem de to vægte giver et præcist mål for jordens fugtindhold i det rumfang, som kan sammenlignes med satellitens fugtmåling.

Selv unge studerende "kan udføre 'guldstandard' målinger, og alt det kræver er en køkkenvægt og en ovn, " siger Entekhabi. "Men det er meget arbejdskrævende. Så vi har engageret os med skoler rundt om i verden for at udføre disse målinger."