Wanneer Michelle Stokes en Stacie Bender uitkijken over de met sneeuw bedekte bergen van Utah en Colorado, ze zien meer dan alleen een majestueus landschap. Ze zien miljoenen liters water die uiteindelijk in de Colorado-rivier zullen stromen.

Het water dat daar als sneeuwlaag wordt opgeslagen, zal zijn weg vinden naar zo'n 33 miljoen mensen in zeven westelijke staten, hectare sla irrigeren, fruit en noten in Californië, enorme hoeveelheden elektriciteit opwekken en uiteindelijk uit kranen in zeven staten stromen. Voor een paar van deze zonovergoten staten, sneeuwval (en de daaropvolgende smelt) zorgt voor tot 80 procent van de jaarlijkse neerslag, die uiteindelijk wordt gebruikt om te drinken, landbouw, recreatie en energieopwekking. Hoewel het belangrijk is voor waterbeheerders in deze staten om te weten hoeveel water ze kunnen verwachten van smeltende sneeuw, het is net zo belangrijk voor hen om te weten wanneer ze het kunnen verwachten.

In de stroom

Als hydrologen bij het Colorado Basin River Forecast Center, Stokes en Bender doen precies dat, door het verstrekken van stroomvoorspellingen voor stroomgebieden in het stroomgebied van de Colorado en de regio. Dit bekken omvat enkele van de meest uitgedroogde gronden van de Verenigde Staten. Als resultaat, er wordt zoveel water afgevoerd voor menselijk gebruik en er wordt zo weinig terug in gestopt dat de rivier routinematig droogloopt voordat hij ooit zijn monding bereikt in de Golf van Californië in Mexico. Met zo'n schaarse bron, elke druppel telt.

"De voorspellingen die we van het centrum krijgen, bieden cruciale informatie voor het beheer van onze watervoorraden en reservoirfaciliteiten, " zei Dave Kanzer, een plaatsvervangend hoofdingenieur voor Colorado River District in Glenwood Springs, Colorado. "De voorspellingen voor de watervoorziening zijn kritisch. Als we minder water krijgen dan de voorspellingen voorspellen, we zullen niet genoeg gespaard hebben in de reservoirs om de rivier te laten stromen tijdens het irrigatieseizoen. Omgekeerd, als we meer ontvangen dan voorspeld, we zouden extra water moeten afgeven, zonder schadelijke overstromingen te veroorzaken."

Zich bewust van het belang van nauwkeurigheid, het centrum voert talrijke metingen in een complex computerprogramma in dat die informatie gebruikt om zijn voorspellingen te genereren. vóór 2011, die input kwam uitsluitend van sensoren op de grond en directe observaties van personeel. Echter, 2009 diende als een keerpunt toen enorme stormen wat leek op ongekende hoeveelheden stof van het Colorado-plateau op de ongerepte witte sneeuw in de Rocky Mountains bliezen. Onder een dikke deken van stof, de normaal reflecterende witte sneeuw absorbeerde meer van de zonne-energie, en het sneeuwpakket smolt veel sneller dan verwacht tijdens het afvoerseizoen.

"We ontdekten dat echt stoffige omstandigheden de snelheid van het smelten van sneeuw ongeveer evenveel verhogen als de temperatuur met 1 tot 3 graden Fahrenheit verhogen, " legde Bender uit. "Het werd heel duidelijk dat we een preciezere manier moesten vinden om stof op sneeuw te meten."

Hoewel het meten van stof misschien het moment lijkt om in te zoomen, Stokes en Bender moesten eigenlijk uitzoomen - helemaal naar buiten. Zoals ze al snel ontdekten, het antwoord was een baan hoog boven de Rocky Mountains in de ruimte.

Opmeten

Tom Painter heeft heel wat tijd doorgebracht tussen de ongerepte toppen van de Rockies. Als onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, hij bestudeert al jaren stof en sneeuw. In 2011, Painter en zijn collega's hebben zich aangemeld om Stokes en Bender te helpen bij het verbeteren van de stroomprognoses door gebruik te maken van de kracht van aardobservaties vanuit de ruimte; een vruchtbare samenwerking was geboren.

Met de hulp van NASA, het centrum begon twee sets teledetectiegegevens in zijn voorspellingsmodel op te nemen. De eerste set gaf hen een nauwkeuriger lezing van waar de sneeuw zich bevond, terwijl de tweede hen een duidelijker beeld gaf van de oppervlaktecondities van het snowpack en met name de hoeveelheid extra zonlicht die wordt geabsorbeerd door stof in het snowpack.

"Toen we voor het eerst remote sensing-gegevens gingen gebruiken, alles verschoof, "zei Bender. "In feite, ons onderzoek toont aan dat het gebruik van teledetectiegegevens de fout in sommige stroomgebieden met ongeveer 70 procent vermindert. Het stelt ons in staat om de timing van de stroomstroom veel beter te voorspellen dan wat ons systeem eerder deed."

Met nauwkeurigere voorspellingen, waterbeheerders kunnen nu betere beslissingen nemen over wanneer en hoeveel water ze moeten opslaan en/of vrijgeven in het stroomgebied van de Colorado-rivier - beslissingen die een dramatische impact kunnen hebben op het leven en het welzijn van mensen en dieren in het wild.

"We weten hoe cruciaal water is voor boeren en gemeenschappen, "zei Kanzer. "Tegelijkertijd, zonder dat er voldoende water door de rivieren stroomt, hele generaties bedreigde vissen zouden in gevaar kunnen worden gebracht. Hoe nauwkeuriger de voorspellingen zijn, hoe beter we zijn toegerust om dat evenwicht te vinden."

Bronnen bundelen

Omdat waterbeheer steeds belangrijker wordt door bevolkingsgroei en terugkerende droogtes, de verbinding tussen aardobservatiesatellietgegevens en degenen die hands-on met die informatie werken, wordt steeds belangrijker. "Samenwerking is essentieel om antwoorden te vinden en informatie te verstrekken die onze gemeenschappen ten goede komt, " zei Painter. "Met deze partnerschappen, we kunnen gebruikmaken van verbeterde kennis van planeet Aarde om de wetenschap vooruit te helpen, terwijl het tegelijkertijd helpt om gezonder te leven, economieën, en omgevingen. En deze partnerschappen helpen ons nieuwe vragen en belangrijke onderzoeksgebieden te identificeren."

Door samen te werken om de satellietgegevens van NASA te gebruiken, Painter en het Colorado Basin River Forecast Center zorgen ervoor dat meer dan 33 miljoen mensen een veiligere watervoorziening hebben en zich geen zorgen hoeven te maken over het raadplegen van een voorspelling voordat ze de kraan opendraaien.

Ondanks het belang van snowpack albedo - het aandeel licht dat wordt gereflecteerd versus geabsorbeerd - bij het beheersen van de afvoer van snowpack, snowpack albedo is niet gekwantificeerd voor een groot deel van de Verenigde Staten. Om het te meten, Het schildersteam bij NASA detecteert lichtabsorberende onzuiverheden (zoals stof) in de sneeuw met zijn MODIS-instrumenten (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) aan boord van twee satellieten:Terra en Aqua. NASA gebruikt deze gegevens om de extra energie te schatten die door de sneeuwlaag wordt geabsorbeerd, een essentiële input voor het begrijpen van de dynamiek van de energiebalans van snowpacks. Groeiend uit deze inspanning, Het schildersteam heeft de Airborne Snow Observatory ontwikkeld, die de combinatie van albedo en sneeuwwaterequivalent assembleert, de twee belangrijkste controles op de timing en de omvang van de afvoer van gesmolten sneeuw.