NASA-onderzoekers hebben nieuwe satellietgebaseerde, wekelijkse wereldwijde kaarten van bodemvocht en grondwatervochtigheid en Amerikaanse voorspellingen voor één tot drie maanden van elk product. Hoewel er sinds 2012 kaarten beschikbaar zijn van de huidige droge/natte omstandigheden voor de Verenigde Staten, dit is de eerste keer dat ze wereldwijd beschikbaar zijn.

"De wereldwijde producten zijn belangrijk omdat er zo weinig wereldwijde droogtekaarten zijn, " zei hydroloog en projectleider Matt Rodell van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Droogtes zijn meestal bekend als ze zich voordoen in ontwikkelde landen. Maar als er droogte is in Centraal-Afrika, bijvoorbeeld, het wordt misschien pas opgemerkt als het een humanitaire crisis veroorzaakt. Het is dus waardevol om een ​​product als dit te hebben waar mensen kunnen zeggen:Wauw, het is daar echt droog en niemand meldt het."

Deze kaarten worden online verspreid door het National Drought Mitigation Centre van de Universiteit van Nebraska-Lincoln (UNL) ter ondersteuning van de Amerikaanse en wereldwijde droogtemonitoring.

"Het wekelijks kunnen zien van een momentopname van zowel bodemvocht als grondwater is belangrijk om een ​​compleet beeld te krijgen van droogte, " zei professor Brian Wardlow, directeur van het Center for Advanced Land Management Information Technologies aan de UNL, die nauw samenwerkt met Rodell bij het ontwikkelen van teledetectietools voor operationele droogtemonitoring.

Het monitoren van de nattigheid van de bodem is essentieel voor het beheer van landbouwgewassen en het voorspellen van hun opbrengsten, omdat bodemvocht het water is dat beschikbaar is voor plantenwortels. Grondwater is vaak de bron van water voor irrigatie van gewassen. Het ondersteunt ook beken tijdens droge perioden en is een nuttige indicator van langdurige droogte. Maar waarnemingen op de grond zijn te schaars om het volledige beeld van nattigheid en droogte in het landschap vast te leggen, zoals de combinatie van satellieten en modellen dat kan.

Een wereldwijd oog voor water

Zowel de wereldkaarten als de Amerikaanse voorspellingen gebruiken gegevens van de Gravity Recovery and Climate Experiment Follow On (GRACE-FO) satellieten van NASA en het Duitse onderzoekscentrum voor Geowetenschappen, een paar ruimtevaartuigen die de beweging van water op aarde detecteren op basis van variaties van het zwaartekrachtveld van de aarde. GRACE-FO volgt de zeer succesvolle GRACE-satellieten op, die hun missie in 2017 beëindigden na 15 jaar actief te zijn geweest. Met de wereldwijde uitbreiding van het product, en de toevoeging van Amerikaanse prognoses, de GRACE-FO-gegevens vullen belangrijke lacunes op voor het begrijpen van het volledige beeld van natte en droge omstandigheden die tot droogte kunnen leiden.

De satellietgebaseerde waarnemingen van veranderingen in de waterverdeling worden geïntegreerd met andere gegevens binnen een computermodel dat de water- en energiecycli simuleert. Het model produceert dan onder andere uitgangen, in de tijd variërende kaarten van de waterverdeling op drie diepten:oppervlaktevocht, wortelzone bodemvocht (ongeveer de bovenste drie voet van de grond), en ondiep grondwater. De kaarten hebben een resolutie van 1/8e breedtegraad, of ongeveer 8,5 mijl, het verstrekken van continue gegevens over vocht en grondwater condities in het landschap.

De GRACE- en GRACE-FO-satellietkaarten behoren tot de essentiële gegevenssets die worden gebruikt door de auteurs van de U.S. Drought Monitor, de belangrijkste wekelijkse kaart van droogtecondities voor de Verenigde Staten die wordt gebruikt door het Amerikaanse ministerie van landbouw en het Federal Emergency Management Agency, onder andere, om te evalueren welke gebieden mogelijk financiële steun nodig hebben als gevolg van verliezen door droogte.

"GRACE [geleverd en GRACE-FO biedt nu] een nationale reikwijdte van grondwater, " zei klimatoloog en auteur van Droogtemonitor Brian Fuchs, in het droogtecentrum. Hij en de andere auteurs gebruiken meerdere datasets om te zien waar het bewijsmateriaal aantoont dat de omstandigheden droger of natter zijn geworden. Voor grondwater, dat betekende vroeger naar de grondwaterputgegevens van afzonderlijke staten gaan om de wekelijkse kaart bij te werken. "Het heeft veel tijd bespaard met die grondwaterlaag samen met de bodemvochtlagen, alles op één plek, "Zei Fuchs. "De gegevens met hoge resolutie die we kunnen binnenbrengen, stellen ons in staat om die contouren van droogte of nattigheid rechtstreeks naar de gegevens zelf te tekenen."

Een van de doelen van de nieuwe wereldkaarten is om hetzelfde consistente product beschikbaar te maken in alle delen van de wereld, vooral in landen die geen infrastructuur voor grondwatermonitoring hebben.

"Droogte is echt een belangrijk [onderwerp] ... met veel van de projecties van klimaat en klimaatverandering, " zei Wardlow. "De nadruk ligt op het relevanter worden, nauwkeurigere en actuelere informatie over droogte, of het nu bodemvocht is, gezondheid van het gewas, grondwater, streamflow - [de GRACE-missies staan] hierin centraal, ", zei hij. "Dit soort tools zijn absoluut cruciaal om ons te helpen sommige van de verwachte effecten aan te pakken en te compenseren, of het nu gaat om bevolkingsgroei, klimaatverandering of gewoon een verhoogd waterverbruik in het algemeen."

Zowel het Center for Advanced Land Management als het National Drought Mitigation Centre zijn gevestigd in UNL's School of Natural Resources, en ze werken samen met internationale partners, waaronder het Amerikaanse Agentschap voor Internationale Ontwikkeling en de Wereldbank, het ontwikkelen en ondersteunen van droogtemonitoring met behulp van de GRACE-FO-wereldkaarten en andere hulpmiddelen in het Midden-Oosten, Noord Afrika, Zuid-Afrika, Zuid-Oost Azië, en Indië.

Droogtes kunnen complex zijn, zowel qua timing als qua omvang. Aan de oppervlakte, bodemvocht verandert snel met de weersomstandigheden. Het vocht in de wortelzone verandert iets langzamer maar reageert nog steeds erg goed op het weer. Achter beide blijft grondwater, omdat het geïsoleerd is tegen weersveranderingen. Maar voor langetermijnvisies op de ernst van de droogte - of, omgekeerd, overstromingsrisico in laaggelegen gebieden - grondwater is de maatstaf om op te letten, zei Rodell.

"De grondwaterkaarten zijn als een vertraagde, afgevlakte versie van wat je aan de oppervlakte ziet, Rodell zei. "Ze vertegenwoordigen de opeenstapeling van maanden of jaren van weersomstandigheden." Die afvlakking geeft een completer beeld van de algehele droog- of bevochtigingstrend die in een gebied gaande is. Het hebben van een nauwkeurige boekhouding van de grondwaterstanden is essentieel voor nauwkeurige voorspellingen nabije toekomstige omstandigheden.

Het nieuwe voorspellingsproduct dat droge en natte omstandigheden projecteert 30, 60, en 90 dagen uit voor de onderste 48 Verenigde Staten gebruikt GRACE-FO-gegevens om de huidige omstandigheden te helpen bepalen. Vervolgens loopt het model vooruit in de tijd met behulp van het Goddard Earth Observing System, Versie 5 seizoensgebonden weersvoorspellingsmodel als input. De onderzoekers ontdekten dat het opnemen van de GRACE-FO-gegevens de resulterende bodemvocht- en grondwatervoorspellingen nauwkeuriger maakte.

Aangezien het product net is uitgerold, de gebruikersgemeenschap begint nog maar net met de prognoses te werken, maar Wardlow ziet een enorm potentieel.

"Ik denk dat je de GRACE-FO-monitoringproducten zult zien die worden gebruikt in combinatie met de voorspellingen, " zei Wardlow. "Bijvoorbeeld, het huidige Amerikaanse product kan matige droogte vertonen, en als je naar de voorspelling kijkt en de voorspelling laat volgende maand zien dat er een aanhoudende droogtrend is, dan kan dat de beslissing veranderen versus als het een natte trend was."

De Amerikaanse voorspelling en wereldkaarten zijn gratis beschikbaar voor gebruikers via het dataportaal van het droogtecentrum.