NASAs snekampagne afsluttes for 2021

Når den sidste sne smelter, NASA's SnowEx-hold pakker sneskoene sammen, ski, og videnskabelige instrumenter, de har brugt hele vinteren til at studere sne i bjerge og prærier. Nu, de retter deres opmærksomhed mod en anden slags bjerg – alle de data, de har indsamlet.

Dette år, SnowEx-teams foretog snemålinger på seks steder i det vestlige USA, på jorden og med droner og flyvemaskiner, der flyver over hovedet. Denne information vil hjælpe videnskabsmænd med at bestemme, hvor meget vand vintersnepakken rummer, som er afgørende for forvaltning af vandressourcer til drikke, landbrug, vandkraft, oversvømmelsesprognose, håndtering af tørke og naturbrande med mere.

Ud over at studere sne, SnowEx-forskere vurderer også, hvor nøjagtigt forskellige teknikker kan måle sne i forskellige miljøer. I fremtiden, NASA håber at kunne opsende en satellit dedikeret til at studere sne - og det vand, den gemmer - fra rummet, for at forstå, hvordan ændringer i snepakken påvirker tørke, skovbrande, og mere. Et af hovedmålene med den flerårige SnowEx-kampagne er at finde ud af, hvilke instrumenter der kan være bedst egnede til jobbet.

"Vi vil ikke løse sneovervågningsproblemet fra rummet med én teknologi, " sagde HP Marshall, en lektor ved Boise State University og SnowEx 2021's co-projekt videnskabsmand. "En stor del af SnowEx er at finde ud af den bedste måde at kombinere feltarbejde på, fjernmåling, og modellering i én ramme."

I 2020, SnowEx-kampagnen blev afbrudt på grund af COVID-19-pandemien, og holdet kunne ikke afslutte deres luftbårne eksperimenter. For 2021, Videnskabsholdet havde tre hovedmål:at udføre en tidsserie af L-bånds Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) observationer under forskellige sneforhold, måle reflektiviteten af ​​sneoverfladen, og studere snefordeling i et prærielandskab.

Et Golf Stream 3 fly, med det ubeboede Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) instrument fra NASA's Jet Propulsion Laboratory, fløj over syv steder i Colorado, Utah, Idaho og Montana fra midten af ​​januar til slutningen af ​​marts. UAVSAR er et L-bånd InSAR, en særlig slags radar, som SnowEx bruger til at måle ændringer i snepakkens masse.

Snepakkens masse kan ændre sig drastisk fra den ene UAVSAR-flyvning til den næste. For eksempel, en stor snestorm kan dumpe enorme mængder sne i ét område over en kort periode. Noget af sneen kan smelte eller sublimere - springe den flydende fase over og gå direkte fra fast til gas. Det kan også blive omfordelt af kraftig vind.

SnowEx-teamet tester, hvor godt UAVSAR-sensoren kan registrere disse forskellige ændringer i sneens masse. At opsummere ændringerne i snemasse i løbet af vintersæsonen vil hjælpe holdet med at beregne, hvor meget vand der er lagret i sæsonens snepakke, eller sne-vandsækvivalent (SWE). "Med UAVSAR, det, vi ser på, er ændringer i SWE fra den ene flyvning til den næste, " sagde Carrie Vuyovich, ledende sneforsker for NASAs Terrestrial Hydrology Program, på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Planlagt til 2022, NASA og den indiske rumforskningsorganisation (ISRO) planlægger at opsende NISAR-satellitten for at studere ændringer i Jordens overflade fra rummet. NISAR vil bære et L-bånds radarinstrument svarende til UAVSAR, og SnowEx-teamet tester, hvordan de kan bruge NISAR-observationer til at studere sne.

Da flyene fløj over hovedet, videnskabsmænd indsamlede data på jorden nedenfor. De målte snekarakteristika såsom snedybde og tæthed, størrelsen af ​​individuelle snekorn, temperatur, hvor reflekterende sneoverfladen er, og hvor meget af snepakken er is, sne eller flydende vand. Holdet indsamlede disse målinger fra snegrave - huller på størrelse med biler gravet i sneen. Inde fra gruberne, forskere tog prøver i forskellige dybder for at se, hvordan snepakkens egenskaber varierede fra lag til lag.

SnowEx-observatørerne målte også snepakken ved hjælp af jordbaserede fjernmålingsværktøjer svarende til dem, der blev brugt fra luften og rummet. Dataene indsamlet under SnowEx er offentligt tilgængelige fra National Snow and Ice Data Center; flere datasæt udgives hver måned, efterhånden som forskere fra hele landet fuldfører behandlingen af ​​hvert af de rå datasæt og omhyggeligt tjekker dem for fejl.

Forskere på snesko eller ski brugte også håndholdte spektrometre til at måle albedo, eller hvor lys og reflekterende sneoverfladen er. Albedo spiller en kæmpe rolle i, hvor hurtigt sneen smelter. Det afhænger af en række faktorer, såsom størrelsen og formen af ​​individuelle snekrystaller, hvor meget af sneen er allerede smeltet, og urenheder som støv på toppen af ​​sneen.

Fra luften, forskere målte albedo ved hjælp af Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Next Generation-instrument fra NASA's Jet Propulsion Laboratory. Sammenligning af luftbårne og jordmålinger vil hjælpe forskerne med at identificere, hvordan forskellige faktorer bidrager til snealbedoen.

Dette år, SnowEx tilføjede et websted i en prærie, som er et vigtigt, men understuderet landskab, når det kommer til snevidenskab. Mens mængden af ​​sne i prærierne er meget mindre end hvad der falder i bjergene, "en stor procentdel af den snedækkede Jord betragtes som prærie. Sne i disse områder er vigtig for landbruget og bidrager til oversvømmelser, " sagde Vuyovich.

Disse udsatte landskaber har ofte kraftige vinde, der flytter sne fra et område til et andet, danner dybe snedriver i nogle områder og efterlader kun en let afstøvning af sne i andre. På grund af disse variationer, SnowEx-teamet ønskede at se, hvor godt fjernmåling kan registrere disse store ændringer i snedække over korte afstande.

Alle eksperimenter gik glat på trods af pandemien, sagde Marshall. "Der er altid udfordringer, " han sagde, med henvisning til risikoen for hypotermi, laviner og farlige vejforhold. "Men COVID var en stor ekstra udfordring, som vi ikke var vant til at håndtere." For at sikre, at alle var sikre, holdet implementerede rutinemæssig COVID-19-test, masker, protokoller om social distancering, og begrænsede passagerer i køretøjer.

SnowEx-hold rekrutterede også lokale sneforskere til at hjælpe med at indsamle data i marken. "Disse hold var fuldstændig medvirkende til at gøre denne kampagne til en succes, " sagde Vuyovich. "Det var den eneste måde, vi kunne fortsætte SnowEx denne vinter."

Efter en vellykket vinter i marken, SnowEx-teamet ændrer deres fokus fra snesko og spektrometre til bærbare computere og højtydende computere. I midten af ​​juli, 90 medlemmer af fællesskabet vil deltage i et ugelangt hackathon, som vil give tutorials til at arbejde med SnowEx-data og gruppeprojekter for at bygge software til analyse af de store datasæt. Næste vinter, SnowEx-teamet planlægger at udføre eksperimenter i Alaskas tundra og boreale skov. Full data analysis involving broader community participation will continue into the future.