Een door NASA geleid team zal een ambitieuze luchtlandingscampagne starten om te bepalen welke combinatie van sensoren het beste zou werken bij het verzamelen van wereldwijde sneeuwwatermetingen vanuit de ruimte - van cruciaal belang voor het begrijpen en beheren van 's werelds zoetwaterbronnen. Wetenschappers van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland levert technologie aan de missie.

De eerste wintercampagne van de meerjarige inspanning, genaamd SnowEx, begint op 6 februari zei Ed Kim, de SnowEx-projectwetenschapper bij NASA Goddard. "SnowEx heeft alles te maken met het uitdagen van de detectietechnieken en algoritmen... totdat ze breken, "zei hij. "Alleen dan zullen we leren wanneer en waar elke techniek wel of niet werkt en, natuurlijk, waarom. Dat is de sleutel tot het vinden van een optimale mix voor een toekomstige sneeuwsatellietmissie."

Sneeuwwaterequivalent, De zoete plek

Hoewel satellieten wetenschappers een halve eeuw aan sneeuwbedekkingskaarten hebben gegeven, de hoeveelheid sneeuw over het landschap laten zien, ze zijn onbetrouwbaar gebleken in het helpen van wetenschappers bij het bepalen van het sneeuw-water-equivalent, of ZWE, dat is de hoeveelheid water die het snowpack bevat. Momenteel, SWE kan in het veld worden gemeten of worden berekend met behulp van een combinatie van op de ruimte gebaseerde waarnemingen en modellering.

Voor het berekenen van SWE-informatie die van vitaal belang is voor beheerders van waterbronnen, om nog maar te zwijgen van de meer dan een miljard mensen wereldwijd die afhankelijk zijn van sneeuwlagen voor hun water - wetenschappers gebruiken geavanceerde computeralgoritmen en modellen die rekening houden met sneeuwdiepte en -dichtheid. Echter, nauwkeuriger, remote sensing metingen zijn nodig als input om de modelresultaten te verbeteren.

De teledetectiemetingen zijn afkomstig van sensoren in de lucht of in de ruimte, die ofwel passief straling ontvangen, of actief straling uitzenden die naar de grond is gericht. De straling interageert dan met het doel en wordt vervolgens terugontvangen bij de sensor. Echter, bossen en complexe topografie kunnen teledetectiesignalen verwarren en compliceren.

Bijgevolg, er zullen meerdere sensoren worden gevlogen om te bepalen welke combinatie van sensoren het beste werkt in verschillende sneeuwcondities. De kennis zal worden toegepast bij het formuleren van een ruimtemissie om wereldwijd sneeuw en andere kenmerken van de cryosfeer te meten. Het kan ook worden gebruikt om te bepalen hoe metingen van missies die voor andere doeleinden zijn ontworpen, kunnen helpen bij het evalueren van wereldwijde SWE.

Wat betreft het meten van SWE, elke sensor biedt zowel mogelijkheden als beperkingen. Actieve en passieve microgolfsensoren zijn nuttig voor het meten van SWE, ongeacht wolken of duisternis, zolang de sneeuw niet nat is, zei Kim. Sommigen kunnen ondiepe sneeuw zien, terwijl anderen hun gevoeligheid verliezen bij diepe sneeuw met een hoge SWE. Lidar, anderzijds, verzadigt niet voor diepe sneeuw, is niet effectief voor ondiepe sneeuw, en kan niet door wolken kijken. Alle sensoren hebben problemen in dicht beboste gebieden, hoewel lidar en anderen veel belofte tonen.

"We hebben nog nooit de mogelijkheid gehad om deze specifieke sensoren in één campagne te combineren, " legde Dorothy Hall uit, een onderzoeker van de Michigan State University en voormalig Goddard-wetenschapper die deel uitmaakt van het SnowEx-organisatieteam. "We moeten evalueren hoe elke sensor presteert voor het meten van snowpack-eigenschappen, en hoe ze samen kunnen worden gebruikt, om SWE nauwkeurig te meten in verschillende landbedekkingen."

Het breekpunt bepalen

Om de effectiviteit van elke teledetectietechniek te bepalen, het team zal in februari beginnen met het vliegen met meerdere sensoren in de lucht boven Grand Mesa, Colorado. Deze site is geselecteerd door de sneeuwgemeenschap van NASA tijdens een bijeenkomst die afgelopen voorjaar werd gehouden aan de Universiteit van Washington in Seattle. Een duidelijke hellingsgraad in de bosbedekking bij Grand Mesa maakt het een veelzijdige locatie voor het meten van sneeuw in verschillende bosdichtheden. "Het was een Goudlokje verhaal, ' zei Kim. 'We wilden een plek waar niet te veel of te weinig bomen stonden.'

Lidar kan worden gebruikt om sneeuwdiepte en SWE te meten als de pre-sneeuwtopografie en snowpack-dichtheid bekend zijn. Dus, een basisonderzoek van het gebied voordat de sneeuw zich ophoopt, is nodig. In september, Het Airborne Snow Observatory van het Jet Propulsion Laboratory heeft een lidar gevlogen om specifieke terreincondities vóór de sneeuw te bepalen. Hetzelfde, bepaalde radartechnieken profiteren van 'no-sneeuw'-basisgegevens. Het team zal op de radar van de European Space Agency vliegen, SneeuwSAR, in de zomer van 2017 om een ​​'no-snow' baseline te verkrijgen.

NASA Goddard Instruments

Als de campagne in februari begint, de suite van SnowEx-instrumenten zal twee door Goddard bijgedragen instrumenten omvatten:de passieve microgolf Airborne Earth Science Microwave Imaging Radiometer, of AESMIR, en de bidirectionele reflectiefunctie Cloud Absorption Radiometer, of AUTO. Er zullen ook twee thermisch-infraroodsensoren en een videocamera worden gevlogen.

De onbewoonde antenne met synthetische diafragmaradar, of UAVSAR, en de Airborne Glacier en Land Ice Surface Topography Interferometer-A, of GLISTIN-A, zal ook worden gevlogen om metingen te verrichten met twee experimentele radartechnieken. UAVSAR zal proberen SWE te detecteren door het hele sneeuwpakket te penetreren, terwijl GLISTIN-A zal proberen de sneeuwdiepte te voelen met behulp van lidar-achtige technieken. In tegenstelling tot, ESA's SnowSAR maakt gebruik van de traditionele radarbenadering, die de hoeveelheid verstrooiing meet die optreedt in het snowpack.

Verzameling van grondwaarheidsgegevens

Een belangrijk kenmerk van de campagne is een robuust ground-truth-programma dat is ontworpen om sensorgegevens te valideren, zei Kim. Deelname van federale partners, zoals de U.S. Forest Service en NOAA, evenals van internationale partners uit Canada, Noorwegen, en andere landen, is de sleutel tot het succes van deze missie. Kelly ouderling, een sneeuwwetenschapper bij de Forest Service in Fort Collins, Colorado, leidt dit onderdeel van de SnowEx-campagne.

De grote nadruk, echter, blijft op de luchtsensoren zelf, zei Charles Gatebe, wie is de plaatsvervangend projectwetenschapper van SnowEx en hoofdonderzoeker van de Cloud Absorption Radiometer die tijdens de campagne zal vliegen. "We hebben een satellietmissie nodig die sneeuw wereldwijd kan meten, ' zei hij. 'We zijn op zoek naar het gereedschap.'