Når det kommer til vand, tænke globalt

Jorden er bleg, blå prik set fra rummet. Dens blå farve skyldes, at vores hjemmeplanet er 71 % dækket af vand. NASA overvåger jordens vand fra rummet, himlen, jordstationer på land, skibe, der sejler på havet og endda med apps på mobiltelefoner.

Mens Jorden er så våd, ser den blå ud fra rummet, det meste af det vand er saltvand. Kun 2,5 % af vandet på Jorden er ferskvand, og næsten alt det vand er frosset - indespærret i polære iskapper, gletsjere og anden is. Den lille mængde ferskvand, der er tilbage, er alt, hvad der er tilgængeligt for alle de måder, vi bruger vand på.

"Alt vand på Jorden findes allerede. Vi kan ikke lave mere, " sagde Bradley Doorn, programleder for NASA Earth Applied Sciences' programområde Vandressourcer. "Vi kan kun spore det, forudsige det og beskytte det, mens det cykler rundt i vores verden."

NASA sporer næsten alle aspekter af denne vandcyklus – når nedbør falder fra skyer; som grundvand; som vand trænger ind i jorden; som den bevæger sig ind i floder og søer; da det optages af planter og bruges af dyr og fordamper tilbage til atmosfæren.

"Vand er en værdifuld ressource på denne planet, og en som NASA er på forkant med overvågning, sagde Doorn.

Den cykliske natur af ferskvand, der bevæger sig rundt i vores verden, har ført til det overordnede videnskabelige spørgsmål, som NASA forsøger at besvare om vand i vores verden - hvor det er, når det er, og i hvilken stand. I finere og finere grad, NASA-forskere er ved at bestemme, hvor meget og hvornår ferskvand er tilgængeligt på verdensplan. Mens disse centrale videnskabelige spørgsmål bliver stillet og besvaret, NASA søger også at udvikle og styrke nye og innovative måder, data bruges til at spore både brugen og kvaliteten af ​​verdens ferskvand. Ud over, når verden opvarmes på grund af klimaændringer, NASA-forskere er ved at undersøge, hvordan verdens vandkredsløb påvirkes af og har indvirkning på jordens klima.

NASA's Earth Science Division studerer ferskvand ved hjælp af data indsamlet på mange måder, inklusive satellitter, luftbårne missioner og endda information indsamlet af frivillige. NASA-forskere studerer vand, i næsten alle dens aspekter på Jorden, som nedbør, is og sne, i grundvandsreserver og i søer og floder, bare for at nævne nogle få. Et par eksempler på det forskningsfokus, NASA-forskere tager for at studere vand, omfatter måder at spore vandkvaliteten på, at bestemme vandtilgængeligheden og forudsige tørke, måling af kunstvanding og vandforbrug til landbruget, og verdensomspændende nedbør.

Hvad går op, Skal komme ned

Mængden af ​​nedbør, der falder på Jorden på et givet tidspunkt varierer meget fra sted til sted, så at have en visning på satellitniveau giver mere ensartede observationer rundt om på kloden, fordi det inkluderer data over verdenshavene og er mere komplet end de fleste målinger på jorden.

I 2019 udgav videnskabsmænd et verdensomspændende nedbørsdatasæt, der kompilerede mere end 20 års satellitdata og andre data. Den er i vid udstrækning baseret på information indsamlet af det fælles NASA og Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) projekt Global Precipitation Measurement mission (GPM) og en tidligere, forløber NASA-JAXA satellitmission Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Denne integrerede multi-satellitE-hentning til GPM (IMERG) inkluderer også information fra en konstellation af andre jordobservationssatellitter, luftbårne kampagner og jordstationer.

Alt i alt, posten samler data fra 1997 til i dag. Disse optegnelser inkluderer firedimensionelle visninger af regn, sne, slud og storme, hvor kraftig nedbøren er, og hvordan den ændrer sig over tid. Mens IMERG producerer et produkt med højere nøjagtighed, som tager tid at behandle og forberede, en næsten-realtidsoversigt over global nedbør er tilgængelig hver halve time, som bruges til tidsfølsomme applikationer som vejrudsigt og katastrofeoprettelse. Denne flere årtiers basislinje af regn- og snedata på verdensplan viser, hvordan nedbør kan afvige fra normalt, informere modeller, der forudsiger afgrødeudbytte, sygdomsudbrud og jordskred.

At se stressede planter

Et projekt, der i øjeblikket arbejder på at inkludere IMERG-data som en større indsats for at overvåge landbruget, ledes af Christopher Hain fra NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. Han og hans team har bygget et verdensomspændende globalt landbrugsovervågningsværktøj, der giver tidlige tørkeadvarsler ved at se på "vegetationsstress."

Omkring 31 % af alt fersk overfladevand i USA bruges til landbrugsvanding, ifølge U.S. Geological Survey, og planter går under stress, når de ikke har

nok vand. Når en plante frigiver vand fra sine blade, i en proces kaldet "transpiration, " det afkøler dem. Dette giver landmændene mulighed for at spore temperaturmålingerne på en mark over tid som en måde at bestemme sundheden for deres afgrøder. Hvis en mark er usædvanlig varm, det viser, at planterne er under stress længe før bladene falmer og bliver brune.

Denne plantespænding kvantificeres delvist af disse temperaturændringer i fordampningsspændingsindekset. Det bruges i mange forskellige produkter og er indarbejdet i U.S. Drought Monitor, et kort udviklet US Department of Agriculture (USDA). Opdateres på ugebasis, det rangerer tørkeforhold i hele USA som en del af et NASA Earth Applied Sciences-finansieret projekt, Hains team udvider brugen af ​​disse data ud over USA til et verdensomspændende "Global Evaporative Stress Index."

Ud over IMERG-dataene, dette indeks inkluderer en plantetemperaturindikator taget fra NASAs ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer on Space Station (ECOSTRESS) instrument, som blev opsendt til Den Internationale Rumstation i 2018. Medvirkende til indekset er landoverfladetemperaturer fra mange National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) satellitter, observationer fra NASAs Terra og Aqua satellitter og NASA/NOAA Suomi National Polar Orbiting Partnership (Suomi NPP) satellit.

Dette indeks for plantestress inkluderer også data fra Landsat-serien af ​​satellitter; den længste kontinuerlige registrering af jordvidenskabelige data fra rummet. Begyndt i 1972, Landsat er et partnerskab mellem NASA og U.S. Geological Survey (USGS), og Landsat-data bruges i NASA Earth Applied Sciences vandprojekter lige så forskellige som måling fra stress på vinmarker i Californien til sporing af knappe vandressourcer i fjerntliggende områder af Navajo Nationen.

Håndtering af vand i Vesten

I det tørkeudsatte vestlige USA, vand er en særlig knap ressource, hvilket er grunden til, at NASA's Earth Applied Sciences Water-programområde i 2015 etablerede Western Water Applications Office (WWAO). Det letter at få satellit- og andre NASA-data i hænderne på den vestlige stat, lokale og føderale vandmyndigheder.

"At håndtere vand i det vestlige USA er særligt udfordrende, " siger Indrani Graczyk, WWAO manager. "Det er fordi det meste nedbør falder om vinteren og opbevares i bjergsnepakning, men skal forsyne brugerne i det lange løb, tørre somre.

Et af mange NASA-programmer, der undersøger de vigtige forbindelser mellem sne og vandtilgængelighed, er Airborne Snow Observatory. Dette flerårige NASA-flyprojekt begyndte i april 2013 og var et samarbejde mellem NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) og California Department of Water Resources. Det skabte de første kort over hele snepakken af ​​to store bjergvandskel i Californien og Colorado, producere de mest nøjagtige målinger af, hvor meget vand de indeholder, en velsignelse for de millioner af amerikanere, der er afhængige af disse vandbassiner til deres vandforsyning.

Airborne Snow Observatory-projektet foretog også de første målinger af sne i området skabt af omkringliggende bjerge, kendt som et 'bassin, " såvel som på selve bjergene. Denne forståelse af nedbør i bjerge giver data, der nu bliver indarbejdet på verdensplan for at hjælpe med at forbedre vandforvaltningen for de 1,5 milliarder mennesker globalt, som er afhængige af snesmeltning for vand.

Data i din håndflade

Ud over satellit- og luftbårne missioner, NASA bruger også borgerforskernes magt til at overvåge verdens vandressourcer. Et eksempel er NASA's Global Learning and Observations til gavn for miljøprogrammet (GLOBE). Begyndt i 1995, dette verdensomspændende program og samler studerende, lærere, videnskabsmænd og borgere og gennem sin GLOBE Observer mobiltelefon app, brugere kan uploade information om skydække, nedbørsdybde og anden information, som derefter videresendes til videnskabelige hold, der bruger det som en del af deres forskning i overvågning af vandressourcer på verdensplan.

En anden håndholdt videnskabelig ressource er CyAN, en Android-mobiltelefonapplikation, der er en del af multi-agenturet Cyanobacteria Assessment Network, (CyAN). Netværket startede i 2015 med et mål om at udvikle en ensartet og systematisk tilgang til at identificere potentielt skadelige algeopblomstringer ved hjælp af satellit- og andre data. Mens individuelle alger er mikroskopiske, under de rette forhold kan de formere sig og "blomstre" og frigive skadelige toksiner, der kan gøre mennesker og kæledyr syge, forurene drikkevandet og gennemtvinge lukning af sejlsports- og svømmepladser.

Disse blomster kan være store nok til at ses både med det blotte øje, og fra rummet via billeder fra jordobservationssatellitter. Som en del af dette igangværende, langsigtet mission, en mobiltelefonapplikation kombinerer nu satellitinformation med brugeruploadede data om potentielt skadelige algeopblomstringer af cyanobakterier.

Udviklet med U.S. Environmental Protection Agency (EPA), mobilappen, inkluderer NASA-supercomputerkraft, og giver ugentlige rapporter om farven og andre vandkvalitetsoplysninger på mere end 2, 000 søer i hele USA. Brugere kan vælge en bestemt sø og se et farvekodet indeks over vandkvalitet. Appen giver også brugere mulighed for at indsende data, omdanne hver brugers rapport til en datakilde, hvor vandkvalitetsledere kan gennemgå og bekræfte dataene.

Mens CyAN er en håndholdt måde at spore vandkvalitet på, NASA-fjernmålingsdata er inkorporeret i andre vandkvalitetsressourcer, for eksempel er NASA ved at forfine Freshwater Health Index med non-profit-gruppen Conservation International. Dette indeks betragter vand som en del af et system, der også tager hensyn til data om menneskelige befolkningscentre samt, miljødata og andre data. Ud over at oprette ressourcer som indekset, NASA træner også folk til at bruge dem. For eksempel, programområdet Earth Applied Sciences Capacity Building afholder både personlige og fjernundervisningskurser på Freshwater Index, hvordan man overvåger skadelig algeopblomstring og mange flere kurser om hvordan man får adgang til og fortolker jordobservationsdata.

For meget og for lidt

Selvom vandkvaliteten er et problem, det samme er mængden. At have for meget eller for lidt vand kan være ødelæggende. Ud over NASAs nedbørsmissioner, to andre vigtige NASA-satellitmissioner har brudt ny vej i overvågningen af ​​verdens vand.

Soil Moisture Active Passive (SMAP) satellitten, lanceret i 2015, måler mængden af ​​vand i de øverste to tommer (5 centimeter) af jorden. Disse næsten-realtidsdata kortlægger global jordfugtighed, giver forbindelser mellem jordens vand, energi- og kulstofkredsløb. For eksempel, disse data indarbejdet i en NASA-softwareapplikation kaldet Land Information System og med andre ressourcer, giver brugerne afgørende information om jordmætning, tørkeprognoser og landbrug.

NASA sporer også vand gennem Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on (GRACE-FO) missionen. Et partnerskab mellem NASA og German Aerospace Center, GRACE-FO er en efterfølger til GRACE-missionen, som lavede observationer fra 2002 til 2017.

GRACE-FO-missionen består af to tvillingesatellitter, der følger hinanden i kredsløb om Jorden og er kun adskilt af omkring 137 miles (220 km). Ved konstant at måle afstanden mellem dem, de sporer ændringer i Jordens tyngdefelt, som er påvirket af forskelle i masse, som når man passerer nær og derefter over en bjergkæde. Selvom disse ændringer ville være umærkelige for os, de ekstremt præcise målinger af afstanden mellem de to satellitter afslører tyngdekraftsændringer på verdensplan.

Dataene bruges til at konstruere månedlige kort over Jordens gennemsnitlige tyngdekraftfelt, giver detaljer om, hvor masse, bevæger sig rundt på planeten, hvilket på skalaen af ​​månedligt mest kan tilskrives vandbevægelser. Således er GRACE-FO data i stand til at blive brugt til at afdække ændringer i underjordisk vandlagring, mængden af ​​vand i store søer og floder, rodzone jordfugtighed, iskapper og gletsjere, og havniveau forårsaget af tilsætning af vand til havet. Disse opdagelser giver et unikt overblik over Jordens klima og har vidtrækkende fordele for samfundet.

Vanddata overalt

På trods af alle vores måder at spore og overvåge kvaliteten og mængden af ​​vand rundt om i vores verden, der er stadig meget at lære om, hvordan man bedst ser verdens vand, især da klimaændringer ændrer vandkredsløbet og påvirker vandtilgængeligheden rundt om i verden.

NASAs satellit- og modelleringsprodukter giver en enorm mængde værdifuld globale vandressourceinformation, strækker sig tilbage i årevis på tværs af en bred vifte af områder (fra lokale til globale) og på tværs af mange tidsskalaer (fra hver time til årtier), og mens disse oplysninger bruges til løbende videnskabelig forskning, mange af ressourcerne er tilgængelige i næsten realtid, hvilket kan gøre dem nyttige til applikationer som at reagere på en orkan eller tørke.

Alle NASA-data er gratis, og åbent tilgængeligt, giver alle mulighed for at få adgang til informationen – alt sammen med et mål om at se og beskytte vandet på vores blege, blå planet.