Onderzoekers hebben de eerste vluchten voltooid van een door NASA geleide veldcampagne die gericht is op een van de grootste hiaten in het begrip van wetenschappers van de waterbronnen van de aarde:sneeuw.

NASA gebruikt het uitkijkpunt van de ruimte om alle aspecten van de aarde als een onderling verbonden systeem te bestuderen. Maar er blijven aanzienlijke obstakels voor het nauwkeurig meten van de hoeveelheid water die is opgeslagen in de met sneeuw bedekte gebieden van de planeet. De hoeveelheid water in de sneeuw speelt een grote rol bij de beschikbaarheid van water voor drinkwater, landbouw en waterkracht.

Voer SneeuwEx in, een door NASA geleide meerjarige onderzoekscampagne om teledetectiemetingen te verbeteren van hoeveel sneeuw er op een bepaald moment op de grond ligt en hoeveel water er in die sneeuw zit. SnowEx wordt gesponsord door het Terrestrial Hydrology Program op het NASA-hoofdkwartier in Washington, gelijkstroom, en beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Het eerste jaar van de grond- en luchtcampagne vindt plaats in februari in het westen van Colorado.

"Dit is de meest uitgebreide campagne die we ooit op sneeuw hebben gedaan, " zei Edward Kim, een teledetectiewetenschapper bij NASA Goddard en de SnowEx-projectwetenschapper. "Een leger van bijna 100 wetenschappers van universiteiten en agentschappen in de VS, Europa en Canada doen mee. Ons doel is om de beste sneeuwmeettechnieken te vinden en te verfijnen en hoe ze kunnen samenwerken."

Wetenschappers weten dat ze meerdere sensoren nodig hebben om het watergehalte in sneeuw te meten. "Geen enkel instrument is perfect, " zei Charles Gatebe van NASA Goddard, SnowEx plaatsvervangend projectwetenschapper en senior wetenschapper bij Universities Space Research Association. "Een van onze grootste problemen is het detecteren van sneeuw door bomen. We zullen nauw samenwerken met ons grondteam om nieuwe technieken uit te proberen om te zien of we erachter kunnen komen hoe we dat nauwkeurig kunnen doen."

Waarom sneeuw?

Meer dan een zesde van de wereldbevolking is afhankelijk van seizoenssneeuw voor water. In het westen van de VS, bijna driekwart van de jaarlijkse stroom die voor de watervoorziening zorgt, komt aan als de lente en de zomer smelten uit de sneeuwpakketten in de bergen. Direct, voorspellingen van stroomstroming kunnen sterk variëren als gevolg van beperkte grondmeetlocaties. Dit is een van de redenen waarom wetenschappers en resourcemanagers geïnteresseerd zijn in een alomvattend beeld vanuit de ruimte van wat zij sneeuwwaterequivalent noemen:de hoeveelheid vloeibaar water in sneeuwbedekking. Wetenschappers gebruiken het equivalent van sneeuwwater om de hoeveelheid water te schatten die zal smelten in bergstromen, rivieren en stuwmeren.

Sneeuw heeft ook gevolgen en wordt beïnvloed door het klimaat. Wetenschappers hebben veranderingen in de hoeveelheid sneeuw en de timing van het smelten van sneeuw ontdekt die overeenkomen met andere veranderingen die worden veroorzaakt door het opwarmende klimaat van de aarde. Hoewel satellieten niet in staat zijn om het sneeuw-waterequivalent nauwkeurig te meten over alle besneeuwde landschappen, satellieten hebben decennialang de omvang van seizoensgebonden met sneeuw bedekte gebieden gevolgd. Sinds 1967, De sneeuwbedekking in de lente op het noordelijk halfrond is met ongeveer 1 miljoen vierkante mijl afgenomen. Verlies van sneeuwbedekking zorgt ervoor dat de aarde meer zonlicht absorbeert, opwarming van de aarde versnellen.

In de lucht, op de grond

De instrumenten en technieken die zijn ontwikkeld in campagnes zoals SnowEx kunnen ooit resulteren in een ruimtemissie om sneeuw te observeren. "We zullen ook een betere manier vinden om het gebruik van bestaande satellieten om metingen te doen, te optimaliseren, " zei Jared Entin, programmamanager van het Terrestrial Hydrology Program op het NASA-hoofdkwartier.

Vijf vliegtuigen met in totaal 10 verschillende sensoren maken deel uit van de SnowEx-campagne. Vanuit een operatiebasis op Peterson Air Force Base, Colorado Springs, SnowEx zal een P-3 Orion-vliegtuig inzetten dat wordt geëxploiteerd door het Scientific Development Squadron ONE (VXS-1), gestationeerd op het Naval Air Station Patuxent River, Maryland. NASA-jets op grote hoogte vliegen vanaf NASA's Johnson Space Center in Houston, en NASA's Armstrong Flight Research Center in Palmdale, Californië. Een King Air en een Twin Otter zullen uit Grand Junction vliegen, Colorado.

De vliegtuigen zullen één passieve en vier actieve microgolfsensoren dragen die goed zijn in het meten van sneeuw-waterequivalent in droge sneeuw, maar zijn minder optimaal voor het meten van sneeuw in bossen of lichte sneeuwbedekking; een thermische infraroodcamera en een thermometer op afstand (KT-15) voor het meten van de oppervlaktetemperatuur; laserinstrument dat goed is in het meten van sneeuwdiepte en sneeuwwaterequivalent door bomen; een beeldspectrometer die sneeuwalbedo meet - de hoeveelheid zonlicht die wordt gereflecteerd en geabsorbeerd door sneeuw, die de snelheid van het smelten van sneeuw en de timing van de afvoer regelt. De King Air draagt ​​het Airborne Snow Observatory van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. ASO is het eerste teledetectiesysteem dat ooit de sneeuwdiepte meet, sneeuwwaterequivalent en sneeuwalbedo over hele bergbekkens, en heeft sinds 2013 een uniek gekwantificeerd sneeuwwaterequivalent over bergachtige gebieden.

Het veldgedeelte van de campagne is gevestigd in Grand Mesa en Senator Beck Basin. Wetenschappers zullen meet- en bemonsteringsprocedures gebruiken waarmee het team de op afstand waargenomen metingen kan valideren die zijn verkregen door de meerdere sensoren op de verschillende vliegtuigen. Traditionele en high-tech apparatuur wordt gebruikt voor de grondcampagne, inclusief sneeuwkuilen en teledetectie-instrumenten die 40 voet in de lucht worden gehesen op boomtrucks.

"De grote uitdaging voor de grondcampagne is het verzamelen van hoogwaardige veldmetingen terwijl iedereen veilig en gezond blijft in deze barre omgevingen. " zei Kelly Elder, onderzoekshydroloog bij het Rocky Mountain Research Station van de US Forest Service, Fort Collins, Colorado, die de algemene grondcampagne leidt.

Wetenschappers werken boven de 10, 000 voet in potentieel winderige en ijskoude omstandigheden tot 10 uur per dag. Ze hebben een sneeuwbril of zonnebril nodig om hun ogen te beschermen. Onderkoeling is een zeer reële bedreiging, daarom dragen onderzoekers speciale kleding die is ontworpen om zweet af te voeren en droog te houden. De teams gebruiken sneeuwschoenen, ski's en sneeuwscooters om toegang te krijgen tot de grondmeetlocaties op Grand Mesa en Senator Beck Basin.

Het studiegebied van het Senator Beck Research Basin ligt in de buurt van de bovenloop van het Rio Grande River Basin. "De onderzoeksgebieden zijn de eerste grote bergsystemen benedenwinds van het zuidwesten van de woestijn en het Colorado-plateau, waardoor het een ideale plek is om de effecten van stof op gesmolten sneeuw te bestuderen, " zei Hans-Peter Marshall, van de Boise State University, die de grondoperaties leidt in Senator Beck Research Basin. "Grand Mesa werd gekozen vanwege zijn vlakheid en de verscheidenheid aan bosomstandigheden, " zei Chris Hiemstra, een onderzoeksfysicus bij het US Army Corps of Engineers, en de leiding voor de Grand Mesa grondoperaties. De verscheidenheid aan terreinen en omgevingen maken de grondlocaties goede modellen voor het ontwikkelen van wereldwijde sneeuwmetingen.

Grondapparatuur werd in september 2016 geïnstalleerd, voordat de sneeuw begon te vallen. Een grondplaats in de buurt van een camping zal gespecialiseerde apparatuur bevatten die te groot is om te verplaatsen. Deze inspanning van de lokale schaalobservatiesite wordt geleid door Ludovic Brucker van NASA Goddard. Teams van 50 onderzoekers doen grondmetingen, gedurende een periode van drie weken elke week in en uit het veld rouleren.

Gegevens verkregen van de SnowEx-campagne worden opgeslagen in het National Snow and Ice Data Center in Boulder, Colorado, en zal voor iedereen gratis beschikbaar zijn, zoals het geval is met alle NASA-gegevens. Na het veldwerk, Wetenschappers van SnowEx zullen gegevens analyseren en NASA aanbevelen hoe het de komende jaren moet worden aangepakt. "Deze campagne zal de beste ideeën genereren van de wereldwijde gemeenschap van sneeuwexperts, " zei Kim. Senator Beck Basin wordt beheerd door het Center for Snow and Avalanche Studies CSAS, een non-profitorganisatie die onderzoek organiseert naar snowpack in het bekken.