Forskerteam frigiver nye globale grundvandskort

NASA-forskere har udviklet nye satellitbaserede, ugentlige globale kort over jordfugtighed og grundvandsvådhedsforhold og en til tre måneders amerikanske prognoser for hvert produkt. Mens kort over nuværende tørre/våde forhold for USA har været tilgængelige siden 2012, det er første gang, de har været tilgængelige globalt.

"De globale produkter er vigtige, fordi der er så få verdensomspændende tørkekort derude, "sagde hydrolog og projektleder Matt Rodell fra NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Tørke er normalt velkendt, når de sker i udviklede lande. Men når der er en tørke i det centrale Afrika, for eksempel, det bliver måske ikke lagt mærke til, før det forårsager en humanitær krise. Så det er værdifuldt at have et produkt som dette, hvor folk kan sige, wow, det er virkelig tørt der, og ingen rapporterer det. "

Disse kort distribueres online af National Drought Mitigation Center ved University of Nebraska-Lincoln (UNL) for at støtte amerikansk og global tørkeovervågning.

"At kunne se et ugentligt øjebliksbillede af både jordfugtighed og grundvand er vigtigt for at få et komplet billede af tørke, "sagde professor Brian Wardlow, direktør for Center for Advanced Land Management Information Technologies på UNL, der arbejder tæt sammen med Rodell om at udvikle fjernføleringsværktøjer til operationel tørkeovervågning.

Overvågning af jordens fugtighed er afgørende for forvaltning af landbrugsafgrøder og forudsigelse af deres udbytter, fordi jordfugtighed er det vand, der er tilgængeligt for at plante rødder. Grundvand er ofte vandkilden til afgrødevanding. Det opretholder også vandløb i tørre perioder og er en nyttig indikator for udvidet tørke. Men jordbaserede observationer er for sparsomme til at fange det fulde billede af vådhed og tørhed på tværs af landskabet, som kombinationen af ​​satellitter og modeller kan.

Et globalt øje på vand

Både de globale kort og de amerikanske prognoser bruger data fra NASA og German Research Center for Geosciences's Gravity Recovery and Climate Experiment Follow On (GRACE-FO) satellitter, et rumfartøj, der registrerer vandets bevægelse på Jorden baseret på variationer af Jordens tyngdekraftsfelt. GRACE-FO efterfølger de meget succesrige GRACE-satellitter, som afsluttede deres mission i 2017 efter 15 års drift. Med den globale ekspansion af produktet, og tilføjelse af amerikanske prognoser, GRACE-FO-data udfylder vigtige huller for at forstå det fulde billede af våde og tørre forhold, der kan føre til tørke.

De satellitbaserede observationer af ændringer i vanddistribution er integreret med andre data i en computermodel, der simulerer vand- og energikredsløb. Modellen producerer derefter, blandt andre output, tidsvarierende kort over fordelingen af ​​vand på tre dybder:jordbundens fugtighed, rodzonen jordfugtighed (nogenlunde de øverste tre fod af jorden), og lavt grundvand. Kortene har en opløsning på 1/8 breddegrad, eller omkring 8,5 miles, levere kontinuerlige data om fugt og grundvandstilstande på tværs af landskabet.

Satellitbaserede kortene GRACE og GRACE-FO er blandt de væsentlige datasæt, der bruges af forfatterne til U.S.Tørkeovervågning, det første ugentlige kort over tørkeforhold i USA, der bruges af U.S. Department of Agriculture og Federal Emergency Management Agency, blandt andre, at vurdere, hvilke områder der kan have brug for økonomisk bistand på grund af tørketab.

"GRACE [leveret og GRACE-FO giver nu] et nationalt omfang af grundvand, "sagde klimatolog og forfatter til tørkeovervågning Brian Fuchs, på tørkecentret. Han og de andre forfattere bruger flere datasæt til at se, hvor beviserne viser, at forholdene er blevet tørre eller vådere. Til grundvand, det betød tidligere at gå til de enkelte staters grundvandsbrøndata for at opdatere det ugentlige kort. "Det har sparet meget tid at have det grundvandslag sammen med jordens fugtlag, alt på ét sted, "Fuchs sagde." De højopløselige data, som vi kan bringe ind, giver os mulighed for at trække disse konturer af tørhed eller vådhed direkte til selve dataene. "

Et af målene med de nye globale kort er at gøre det samme konsistente produkt tilgængeligt i alle dele af verden-især i lande, der ikke har nogen infrastruktur til overvågning af grundvand.

"Tørke er virkelig et vigtigt [emne] ... med mange fremskrivninger af klima og klimaforandringer, "Wardlow sagde." Vægten er på at blive mere relevant, mere præcise og mere rettidige oplysninger om tørke, om det er jordfugtighed, afgrøde sundhed, grundvand, streamflow— [GRACE -missionerne er] centrale for dette, "sagde han." Disse typer værktøjer er absolut kritiske for at hjælpe os med at håndtere og opveje nogle af de forventede virkninger, om det er fra befolkningstilvækst, klimaændringer eller bare øget vandforbrug generelt. "

Både Center for Advanced Land Management og National Drought Mitigation Center er baseret på UNL's School of Natural Resources, og de arbejder med internationale partnere, herunder det amerikanske agentur for international udvikling og Verdensbanken, at udvikle og støtte tørkeovervågning ved hjælp af GRACE-FO globale kort og andre værktøjer i Mellemøsten, Nordafrika, Sydafrika, Sydøstasien, og Indien.

Tørke kan være kompleks, både i timing og omfang. På overfladen, jordfugtighed ændrer sig hurtigt med vejrforholdene. Fugtigheden i rodzonen ændrer sig lidt langsommere, men reagerer stadig meget på vejret. Bagved begge er grundvand, da den er isoleret fra ændringer i vejret. Men for langsigtede udsigter til tørkens sværhedsgrad-eller, omvendt, oversvømmelsesrisiko i lavtliggende områder-grundvand er en måling at se på, sagde Rodell.

"Grundvandskortene er som en bremset, glattet version af det, du ser på overfladen, "Rodell sagde." De repræsenterer akkumulering af måneder eller år med vejrhændelser. "Denne udjævning giver et mere fuldstændigt billede af den generelle tørring eller befugtningstendens, der foregår i et område. At have en nøjagtig redegørelse for grundvandsniveauer er afgørende for nøjagtig forudsigelse. nær fremtidige forhold.

Det nye prognoseprodukt, der projekterer tørre og våde forhold 30, 60, og 90 dage ude for de nedre 48 USA bruger GRACE-FO-data til at hjælpe med at fastsætte de aktuelle betingelser. Derefter løber modellen fremad i tiden ved hjælp af Goddard Earth Observing System, Version 5 sæsonbestemt vejrudsigtsmodel som input. Forskerne fandt ud af, at inklusive GRACE-FO-data gjorde de resulterende jordfugtigheds- og grundvandsprognoser mere præcise.

Da produktet lige er blevet rullet ud, brugerfællesskabet er kun lige begyndt at arbejde med prognoserne, men Wardlow ser et stort potentiale.

"Jeg tror, ​​du vil se GRACE-FO-overvågningsprodukterne brugt i kombination med prognoserne, "Sagde Wardlow." F.eks. det nuværende amerikanske produkt kan vise moderate tørkeforhold, og hvis du ser på prognosen og prognosen viser i næste måned, at der er en fortsat tørretendens, så kan det ændre beslutningen kontra hvis det var en våd trend. "

Den amerikanske prognose og globale kort er frit tilgængelige for brugerne via tørkecenterets dataportal.