GRACE-FO vil hjælpe med at overvåge tørke

Du bemærker måske ikke vand i jorden under dine fødder, men det spiller en vigtig rolle i at holde dig i live. Planter trækker vand fra jorden ind i deres rødder og bruger det til at vokse. Hvis der ikke er nok, den resulterende tørke kan have konsekvenser, der spreder sig over lokale vandforsyninger, regionalt landbrug og endda internationale fødevarepriser. NASA's Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission var det første satellitsystem til direkte at måle globale ændringer i vandet, der er lagret under jorden i verdens største akviferer. GRACE Follow-On, planlagt til lancering i denne måned, vil fortsætte denne vigtige opgave.

"Der er virkelig ingen fjernmålingsprodukter, der svarer til GRACE-data ved at give et øjebliksbillede af forholdene i dybe grundvandsmagasiner, " sagde Brian Wardlow, direktør for Center for Advanced Land Management Information Technologies ved University of Nebraska, Lincoln. Wardlow kender værdien af ​​disse oplysninger til forståelse af tørke. Han arbejdede på National Drought Mitigation Center (NDMC) i Lincoln, da de originale GRACE-data først blev inkorporeret i eksperimentelle produkter af de ugentlige U.S. Drought Monitor-kort. Kortene viser jordfugtighed på tre underjordiske niveauer:de øverste få centimeter af jord, de øverste få fod/en meter jord (rodzonen), og grundvandsmagasiner.

U.S. Drought Monitor-kortene er et af landets vigtigste værktøjer til at spore tørke i hele USA. De bruges i vid udstrækning af beslutningstagere på føderalt og statsligt niveau. For eksempel, den nuværende U.S. Farm Bill udpeger Drought Monitors county-by-county tørkerangeringer som standarden for at bedømme berettigelse til nogle føderale katastrofehjælpsprogrammer.

Klimatolog Brian Fuchs fra NDMC, en af ​​holdet af forskere, der har skrevet tørkekortene, forklaret, at jordfugtighed er sparsomt målt på jorden. "Nogle stater har deres egne [jordiske] netværk, men dataene er plettede, og det gør det meget vanskeligt at bruge produkterne i en national vurdering, " sagde han. "NÅDE dækker hele landet, og det hjælper os med at få en idé om, hvor områder med fugt og tørhed er."

NDMC overvejede også GRACE-data ved fremstilling af andre NDMC-ressourcer, såsom Quick Drought Response Index (QuickDRI), et NASA-støttet projekt med flere institutionelle partnere. QuickDRI er et tidligt varslingssystem for lyntørke - hurtigt udviklende tab af jordfugt på grund af hedebølger og mangel på regn. Begyndelsen af ​​en lyntørke er svær at opdage på jorden, men dens indvirkning på landbruget kan være lige så hård som en sæsonbestemt tørke.

At få dataene ind i kortene

Da GRACE blev lanceret i 2002, videnskabsholdet vidste, at dataene ville være nyttige til at måle udtømningen af ​​store grundvandsmagasiner. Imidlertid, de fleste hydrologer kendte ikke til målingen. En af de få undtagelser var Matt Rodell, nu leder af Hydrologic Sciences Laboratory ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Rodell havde for nylig lavet sin doktorgradsforskning i, hvordan de nye GRACE-data kunne bruges til overvågning af underjordisk vand.

GRACE-FO, ligesom GRACE, er designet til at måle ændringer i tyngdekraften som følge af ændringer i massen på Jorden. Mere end 99 procent af Jordens gennemsnitlige tyngdekraft ændres ikke fra den ene måned til den anden. Det er fordi det kommer fra massen af ​​den faste Jord selv – dens overflade og indre – og som sjældent bevæger sig, eller bevæger sig meget langsomt. Vand, på den anden side, bevæger sig konstant næsten overalt:Sne falder, havstrømme flyder, isen smelter og så videre. Da de to GRACE-FO-satellitter kredser om jorden, den ene følger den anden tæt, ændringerne i massen nedenfor ændrer afstanden mellem de to satellitter meget lidt. Optegnelsen over disse ændringer analyseres for at oprette månedlige globale kort over ændringer og omfordeling af Jordens masse nær overfladen.

Da de teknikker, der bruges af GRACE, registrerer den samlede ændring i masse fra måned til måned, ikke om denne ændring skete over jorden, nær overfladen i jorden, eller et godt stykke under jorden, Rodell og Jay Famiglietti, nu på NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, nødvendige for at kombinere GRACE-dataene med meteorologiske og andre data for at adskille de underjordiske vandændringer fra overjordiske og nær-jordiske ændringer. Efter adskillige eksperimenter med de kombinerede observationer, Rodell og Famiglietti var i stand til at isolere signalet om skiftende vand i akviferer for første gang nogensinde ved hjælp af fjernmålingsdata.

En anden hindring mellem GRACE og operationel tørkeovervågning var et misforhold i tid og rumlige skalaer. GRACE-dataprodukter blev produceret en gang om måneden med en opløsning på omkring 115 kvadrat miles (300 kvadratkilometer). Vandforvaltere har brug for nye data hvert par dage for at holde trit med skiftende jordfugtighed, og de foretrækker at have det på skalaen i deres amt, distrikt eller lignende mindre område. Rodell og hans team hos Goddard assimilerede GRACE-dataene og en langsigtet registrering af vejrobservationer såsom nedbør, temperatur og solstråling ind i en NASA hydrologimodel, kaldet Oplandslandoverflademodellen. Det er en numerisk model af vand- og energiprocesser på land, udviklet til forskning i det globale vandkredsløb. Med sofistikerede numeriske modelleringsteknikker og dataanalyse, Goddard-teamet var i stand til at nedskalere GRACE-dataene, det er, at tilpasse sine større tids- og rumskalaer til at "passe" til modellens finere skalaer.

The team generated experimental drought indicators from downscaled data each week from 2011 until the GRACE mission ended in October 2017.

Looking Ahead

Because the original GRACE mission ended after the end of the growing season last fall, NDMC's Fuchs said that its loss has not yet been strongly felt by the Drought Monitor mappers. "We would be looking for GRACE in the growing season, where soil moisture is pertinent to determining crops and vegetation, " he said. "In a couple more months, people will be asking, 'Where are these data?'"

Those people will most likely have their answer before the 2019 growing season, as GRACE Follow-On begins delivering monthly maps. Fuchs said, "If it's going to behave as GRACE did in the past, it will be a valuable asset."