Snevidenskab støtter vores nationers vandforsyning

Forskere har gennemført de første flyvninger i en NASA-ledet feltkampagne, der er rettet mod en af ​​de største huller i videnskabsmænds forståelse af Jordens vandressourcer:sne.

NASA bruger rummets udsigtspunkt til at studere alle aspekter af Jorden som et sammenkoblet system. Men der er stadig betydelige forhindringer for at måle nøjagtigt, hvor meget vand der er lagret på tværs af planetens snedækkede områder. Mængden af ​​vand i sne spiller en stor rolle for tilgængeligheden af ​​vand til drikkevand, landbrug og vandkraft.

Indtast SnowEx, en NASA-ledet flerårig forskningskampagne for at forbedre fjernmålingsmålinger af, hvor meget sne der er på jorden på et givet tidspunkt, og hvor meget vand der er indeholdt i den sne. SnowEx er sponsoreret af Terrestrial Hydrology Program ved NASAs hovedkvarter i Washington, D.C., og administreres af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Det første år af jord- og luftkampagnen finder sted i februar i det vestlige Colorado.

"Dette er den mest omfattende kampagne, vi nogensinde har lavet på sne, " sagde Edward Kim, en fjernmålingsforsker ved NASA Goddard og SnowEx-projektets videnskabsmand. "En hær på næsten 100 videnskabsmænd fra universiteter og agenturer over hele USA, Europa og Canada deltager. Vores mål er at finde og forfine de bedste snemålingsteknikker, og hvordan de kan arbejde sammen."

Forskere ved, at de skal bruge flere sensorer til at måle vandindholdet i sne. "Intet instrument er perfekt, " sagde Charles Gatebe fra NASA Goddard, SnowEx stedfortrædende projektforsker og seniorforsker hos Universities Space Research Association. "Et af vores største problemer er at opdage sne gennem træer. Vi vil arbejde tæt sammen med vores jordhold for at prøve nye teknikker for at se, om vi kan finde ud af, hvordan man gør det præcist."

Hvorfor sne?

Mere end en sjettedel af verdens befolkning er afhængig af sæsonbestemt sne til vand. I det vestlige USA, næsten tre fjerdedele af det årlige vandløb, der sørger for vandforsyningen, ankommer, når foråret og sommeren smelter fra bjergets snepakker. Lige nu, forudsigelser af strømning kan variere meget på grund af begrænsede jordmålingssteder. Dette er en af ​​grundene til, at videnskabsmænd og ressourceforvaltere er interesserede i et omfattende overblik fra rummet af, hvad de kalder sne-vand-ækvivalent - mængden af ​​flydende vand indeholdt i snedække. Forskere bruger sne-vand svarende til at estimere mængden af ​​vand, der vil smelte ind i bjergstrømme, floder og reservoirer.

Sne påvirker og påvirkes også af klimaet. Forskere har opdaget ændringer i mængden af ​​sne og snesmeltning, der følger andre ændringer forårsaget af Jordens opvarmende klima. Selvom satellitter ikke er i stand til at måle sne-vand-ækvivalent nøjagtigt over alle snedækkede landskaber, satellitter har overvåget omfanget af sæsonbetonede snedækkede områder i årtier. Siden 1967, Forårssnedækket på den nordlige halvkugle er faldet med omkring 1 million kvadratkilometer. Tab af snedække resulterer i, at Jorden absorberer mere sollys, accelererer planetens opvarmning.

I luften, på jorden

De instrumenter og teknikker, der er udviklet i kampagner som SnowEx, kan en dag resultere i en sneobservationsmission i rummet. "Vi vil også finde ud af en bedre måde at optimere brugen af ​​eksisterende satellitter til at foretage målinger på, " sagde Jared Entin, programleder for Terrestrial Hydrology Program ved NASAs hovedkvarter.

Fem fly med i alt 10 forskellige sensorer er en del af SnowEx-kampagnen. Fra en operationsbase på Peterson Air Force Base, Colorado Springs, SnowEx vil indsætte et P-3 Orion-fly, der drives af Scientific Development Squadron ONE (VXS-1), stationeret ved Naval Air Station Patuxent River, Maryland. NASA-jetfly i høj højde vil flyve fra NASAs Johnson Space Center i Houston, og NASA's Armstrong Flight Research Center i Palmdale, Californien. En King Air og en Twin Otter vil flyve ud af Grand Junction, Colorado.

Flyene vil bære en passiv og fire aktive mikrobølgesensorer, der er gode til at måle sne-vandsækvivalent i tør sne, men er mindre optimale til måling af sne i skove eller let snedække; et termisk infrarødt kamera og et fjerntermometer (KT-15) til måling af overfladetemperatur; laserinstrument, der er godt til at måle snedybde og snevandsækvivalent gennem træer; et billeddannende spektrometer, der måler snealbedo - mængden af ​​sollys, der reflekteres og absorberes af sne, som styrer snesmeltningens hastighed og tidspunktet for dets afstrømning. King Air bærer Airborne Snow Observatory fra NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. ASO er det første fjernmålingssystem, der nogensinde måler snedybden, snevandækvivalent og snealbedo på tværs af hele bjergbassiner, og har unikt kvantificeret snevandsækvivalent over bjergrige områder siden 2013.

Feltdelen af ​​kampagnen er baseret i Grand Mesa og senator Beck Basin. Forskere vil bruge måle- og prøveudtagningsprocedurer, der vil give holdet mulighed for at validere de fjernregistrerede målinger, der er erhvervet af de flere sensorer på de forskellige fly. Traditionelt og højteknologisk udstyr bliver brugt til jordkampagnen, herunder snegrave og fjernmålingsinstrumenter hejst 40 fod i luften på bomlastbiler.

"Den store udfordring for jordkampagnen er at indsamle feltmålinger af høj kvalitet og samtidig holde alle sikre og sunde i disse barske miljøer, " sagde Kelly Elder, forskningshydrolog ved U.S. Forest Service's Rocky Mountain Research Station, Fort Collins, Colorado, som leder den overordnede jordkampagne.

Forskere vil arbejde over 10, 000 fod i potentielt blæsende og frysende forhold op til 10 timer om dagen. De har brug for snebriller eller solbriller for at beskytte deres øjne. Hypotermi er en meget reel trussel, så forskere bærer specielt tøj designet til at transportere sved og holde dem tørre. Holdene bruger snesko, ski og snescootere for at få adgang til jordmålingssteder på Grand Mesa og senator Beck Basin.

Senator Beck Research Basin-undersøgelsesområdet er nær udløbet af Rio Grande-flodbassinet. "Dets forskningsområder er de første store bjergsystemer neden for ørkenen sydvest og Colorado-plateauet, hvilket gør det til et ideelt sted at studere virkningerne af støv på snesmeltning, sagde Hans-Peter Marshall, fra Boise State University, der leder jordoperationer i senator Beck Research Basin. "Grand Mesa blev valgt for sin fladhed og række af skovforhold, " sagde Chris Hiemstra, en forskningsfysiker hos U.S. Army Corps of Engineers, og lederen for Grand Mesa-jordoperationerne. Variationen af ​​terræn og miljøer gør jordpladserne til gode modeller for udvikling af globale målinger af sne.

Jordudstyr blev installeret i september 2016, før sneen begyndte at falde. En grundplads nær en campingplads vil være vært for specialiseret udstyr, der er for stort til at kunne flyttes rundt. Denne indsats for observationssteder i lokal skala ledes af Ludovic Brucker fra NASA Goddard. Hold på 50 forskere laver jordmålinger, roterer ind og ud af marken hver uge over en tre-ugers periode.

Data erhvervet fra SnowEx-kampagnen vil blive opbevaret i National Snow and Ice Data Center i Boulder, Colorado, og vil være tilgængelig for alle uden omkostninger, som det er tilfældet med alle NASA-data. Efter feltarbejdet, SnowEx-forskere vil analysere data og anbefale NASA, hvordan man fortsætter i de næste par år. "Denne kampagne vil generere de bedste ideer fra det globale samfund af sneeksperter, " sagde Kim. Senator Beck Basin ledes af Center for sne- og lavinestudier CSAS, en non-profit organisation, der er vært for forskningsundersøgelser om snepakning ved bassinet.