De aarde is bleek, blauwe stip gezien vanuit de ruimte. De blauwe kleur is te wijten aan het feit dat onze thuisplaneet voor 71% bedekt is met water. NASA volgt het water van de aarde vanuit de ruimte, de lucht, grondstations op het land, schepen die de zeeën bevaren en zelfs met apps op mobiele telefoons.

Terwijl de aarde zo nat is dat ze vanuit de ruimte blauw lijkt, het grootste deel van dat water is zout water. Slechts 2,5% van het water op aarde is zoet water en bijna al dat water is bevroren - opgesloten in poolijskappen, gletsjers en ander ijs. De kleine hoeveelheid zoet water die overblijft, is alles wat beschikbaar is voor alle manieren waarop we water gebruiken.

"Al het water op aarde bestaat al. Meer kunnen we niet maken, " zei Bradley Doorn, programmamanager voor het programmagebied Water Resources van NASA Earth Applied Sciences. "We kunnen het alleen volgen, voorspel het en bescherm het terwijl het door onze wereld fietst."

NASA volgt bijna elk aspect van deze watercyclus - terwijl neerslag uit wolken valt; als grondwater; als water in de grond dringt; terwijl het in rivieren en meren stroomt; omdat het wordt opgenomen door planten en gebruikt door dieren en terug verdampt in de atmosfeer.

"Water is een kostbare hulpbron op deze planeet, en een dat NASA voorop loopt op het gebied van monitoring, ' zei Doorn.

De cyclische aard van zoet water dat over onze wereld beweegt, heeft geleid tot de overkoepelende wetenschappelijke vraag die NASA probeert te beantwoorden over water op onze wereld - waar het is, wanneer is het, en in welke staat. In steeds fijnere mate, Wetenschappers van NASA bepalen hoeveel en wanneer zoet water wereldwijd beschikbaar is. Terwijl deze fundamentele wetenschappelijke vragen worden gesteld en beantwoord, NASA is ook op zoek naar het ontwikkelen en versterken van nieuwe en innovatieve manieren waarop gegevens worden gebruikt om zowel het gebruik als de kwaliteit van 's werelds zoetwater te volgen. In aanvulling, als de wereld opwarmt door klimaatverandering, NASA-wetenschappers onderzoeken hoe de watercyclus van de wereld wordt beïnvloed door en effecten heeft op het klimaat op aarde.

NASA's Earth Science Division bestudeert zoet water met behulp van gegevens die op vele manieren zijn verzameld, inclusief satellieten, luchtmissies en zelfs informatie verzameld door vrijwilligers. NASA-wetenschappers bestuderen water, in bijna al zijn aspecten op aarde, als neerslag, ijs en sneeuw, in grondwaterreserves en in meren en rivieren, om er een paar te noemen. Een paar voorbeelden van de onderzoeksfocus die NASA-wetenschappers nemen om water te bestuderen, zijn manieren om de waterkwaliteit te volgen, het bepalen van de waterbeschikbaarheid en het voorspellen van droogte, het meten van irrigatie en watergebruik voor de landbouw, en wereldwijde neerslag.

Wat gaat er omhoog, Moet naar beneden komen

De hoeveelheid neerslag die op een bepaald moment op aarde valt, varieert sterk van plaats tot plaats, dus het hebben van een weergave op satellietniveau zorgt voor meer uniforme waarnemingen over de hele wereld omdat het gegevens over de oceanen van de wereld omvat en completer is dan de meeste metingen op de grond.

In 2019 brachten wetenschappers een wereldwijde neerslaggegevensset uit die meer dan 20 jaar aan satelliet- en andere gegevens verzamelde. Het is in belangrijke mate gebaseerd op informatie die is verzameld door het gezamenlijke NASA en Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)-project, de Global Precipitation Measurement-missie (GPM) en een eerder, voorloper NASA-JAXA satellietmissie de Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Deze Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM (IMERG) bevat ook informatie van een constellatie van andere aardobservatiesatellieten, luchtlandingscampagnes en grondstations.

Alles verteld, het record verzamelt gegevens van 1997 tot op de dag van vandaag. Deze records bevatten vierdimensionale weergaven van regen, sneeuw, ijzel en storm, hoe zwaar de neerslag is en hoe deze in de loop van de tijd verandert. Terwijl IMERG een product met een hogere nauwkeurigheid produceert dat tijd kost om te verwerken en voor te bereiden, er is elk half uur een bijna realtime samenvatting van de wereldwijde neerslag beschikbaar die wordt gebruikt voor tijdgevoelige toepassingen zoals weersvoorspellingen en rampenherstel. Deze basislijn van meerdere decennia van regen- en sneeuwgegevens wereldwijd laat zien hoe neerslag kan afwijken van normaal, informerende modellen die gewasopbrengsten voorspellen, uitbraken van ziekten en aardverschuivingen.

Gestresste planten zien

Een project dat momenteel werkt aan het opnemen van IMERG-gegevens als een grotere inspanning om de landbouw te monitoren, wordt geleid door Christopher Hain van NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. Hij en zijn team hebben een wereldwijde, wereldwijde landbouwmonitoringtool gebouwd die vroege droogtewaarschuwingen geeft door te kijken naar "vegetatiestress".

Ongeveer 31% van al het zoete oppervlaktewater in de VS wordt gebruikt voor landbouwirrigatie, volgens de U.S. Geological Survey, en planten gaan onder stress als ze dat niet hebben

genoeg water. Als een plant water uit zijn bladeren laat ontsnappen, in een proces genaamd "transpiratie, " het koelt ze af. Hierdoor kunnen boeren de temperatuurmetingen van een veld in de loop van de tijd volgen om de gezondheid van hun gewassen te bepalen. Als een veld ongewoon warm is, het laat zien dat de planten onder stress staan ​​lang voordat de bladeren vervagen en bruin worden.

Deze plantstress wordt voor een deel gekwantificeerd door deze temperatuurveranderingen in de Evaporative Stress Index. Het wordt in veel verschillende producten gebruikt en is opgenomen in de U.S. Drought Monitor, een kaart ontwikkeld door het Amerikaanse ministerie van landbouw (USDA). Wekelijks bijgewerkt, het rangschikt droogtecondities in de VS. Als onderdeel van een door NASA Earth Applied Sciences gefinancierd project, Het team van Hain breidt het gebruik van deze gegevens buiten de VS uit tot een wereldwijde 'Global Evaporative Stress Index'.

Naast de IMERG-gegevens, deze index bevat een indicator van de planttemperatuur, afkomstig van het ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer on Space Station (ECOSTRES)-instrument van NASA, die in 2018 naar het internationale ruimtestation ISS werd gelanceerd. Ook bijdragen aan de index zijn de landoppervlaktetemperaturen van veel National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) -satellieten, waarnemingen van de Terra- en Aqua-satellieten van NASA en de NASA/NOAA Suomi National Polar Orbiting Partnership (Suomi NPP) satelliet.

Deze index van plantstress omvat ook gegevens van de Landsat-serie satellieten; het langste ononderbroken record van aardwetenschappelijke gegevens vanuit de ruimte. Begonnen in 1972, Landsat is een samenwerking tussen NASA en de U.S. Geological Survey (USGS) en Landsat-gegevens worden gebruikt in NASA Earth Applied Sciences-waterprojecten, variërend van het meten van de stress op wijngaarden in Californië tot het volgen van schaarse waterbronnen in afgelegen gebieden van de Navajo Nation.

Waterbeheer in het Westen

In het droogtegevoelige westen van de V.S. water is een bijzonder schaarse hulpbron, daarom heeft NASA's Earth Applied Sciences Water-programmagebied in 2015 het Western Water Applications Office (WWAO) opgericht. Het vergemakkelijkt het verkrijgen van satelliet- en andere NASA-gegevens in de handen van de westerse staat, lokale en federale wateragentschappen.

"Het waterbeheer in het westen van de Verenigde Staten is bijzonder uitdagend, " zegt Indrani Graczyk, WAO-manager. "Dat komt omdat de meeste neerslag in de winter valt en wordt opgeslagen in een sneeuwlaag in de bergen, maar moet gebruikers gedurende de lange, droge zomers.

Een van de vele NASA-programma's die de belangrijke verbanden tussen de beschikbaarheid van sneeuw en water onderzoeken, is het Airborne Snow Observatory. Dit meerjarige NASA-vliegtuigproject begon in april 2013 en was een samenwerking tussen NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) en het California Department of Water Resources. Het creëerde de eerste kaarten van het volledige sneeuwpakket van twee grote bergstroomgebieden in Californië en Colorado, het produceren van de meest nauwkeurige metingen van hoeveel water ze bevatten, een zegen voor de miljoenen Amerikanen die voor hun watervoorziening op die waterbassins vertrouwen.

Het Airborne Snow Observatory-project heeft ook de eerste sneeuwmetingen gedaan in het gebied dat wordt gecreëerd door de omliggende bergen, bekend als een 'bekken, " evenals op de bergen zelf. Dit begrip van neerslag in bergen levert gegevens op die nu wereldwijd worden verwerkt om het waterbeheer te helpen verbeteren voor de 1,5 miljard mensen wereldwijd die afhankelijk zijn van smeltende sneeuw voor water.

Gegevens in de palm van uw hand

Naast satelliet- en luchtmissies, NASA gebruikt ook de kracht van burgerwetenschappers om de watervoorraden van de wereld te volgen. Een voorbeeld is NASA's Global Learning and Observations ten behoeve van het Environment Program (GLOBE)-programma. Begonnen in 1995, dit wereldwijde programma en brengt studenten, leraren, wetenschappers en burgers en via de GLOBE Observer-app voor mobiele telefoons, gebruikers kunnen informatie over bewolking uploaden, regenvaldiepte en andere informatie die vervolgens wordt doorgegeven aan wetenschappelijke teams die deze gebruiken als onderdeel van hun onderzoek bij het monitoren van watervoorraden wereldwijd.

Een andere draagbare wetenschappelijke bron is CyAN, een Android-applicatie voor mobiele telefoons die deel uitmaakt van het Cyanobacteria Assessment Network met meerdere instanties, (CyAN). Het netwerk begon in 2015 met als doel het ontwikkelen van een uniforme en systematische aanpak voor het identificeren van potentieel schadelijke algenbloei met behulp van satelliet- en andere gegevens. Hoewel individuele algen microscopisch klein zijn, onder de juiste omstandigheden kunnen ze zich vermenigvuldigen en "bloeien" en schadelijke gifstoffen afgeven die mensen en huisdieren ziek kunnen maken, drinkwater vervuilen en sluitingen van vaar- en zwemlocaties forceren.

Deze bloemen kunnen groot genoeg zijn om zowel met het blote oog, en vanuit de ruimte via beelden van aardobservatiesatellieten. Als onderdeel van dit lopende, missie op lange termijn, een applicatie voor mobiele telefoons combineert nu satellietinformatie met door gebruikers geüploade gegevens over mogelijk schadelijke algenbloei van cyanobacteriën.

Ontwikkeld in samenwerking met het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA), de mobiele telefoon-app, omvat NASA-supercomputerkracht, en levert wekelijkse rapporten over de kleur en andere waterkwaliteitsinformatie van meer dan 2, 000 meren in de VS Gebruikers kunnen een bepaald meer kiezen en een kleurgecodeerde index van de waterkwaliteit zien. Met de app kunnen gebruikers ook gegevens indienen, het omzetten van het rapport van elke gebruiker in een gegevensbron voor waterkwaliteitsmanagers om de gegevens te bekijken en te bevestigen.

Hoewel CyAN een draagbare manier is om de waterkwaliteit te volgen, NASA remote sensing-gegevens worden opgenomen in andere bronnen van waterkwaliteit, NASA verfijnt bijvoorbeeld de Freshwater Health Index met de non-profitorganisatie Conservation International. Deze index beschouwt water als onderdeel van een systeem dat ook rekening houdt met gegevens over menselijke bevolkingscentra en, milieu- en andere gegevens. Naast het maken van bronnen zoals de index, NASA traint ook mensen om ze te gebruiken. Bijvoorbeeld, het programmagebied Capaciteitsopbouw Aardtoegepaste Wetenschappen houdt zowel persoonlijke als externe trainingen over de zoetwaterindex, hoe u schadelijke algenbloei kunt monitoren en nog veel meer cursussen over hoe u aardobservatiegegevens kunt openen en interpreteren.

Te veel en te weinig

Hoewel de waterkwaliteit een probleem is, zo is kwantiteit. Het hebben van te veel of te weinig water kan verwoestend zijn. Naast de neerslagmissies van NASA, twee andere belangrijke NASA-satellietmissies hebben nieuwe wegen ingeslagen bij het monitoren van het water in de wereld.

De Soil Moisture Active Passive (SMAP) satelliet, gelanceerd in 2015, meet de hoeveelheid water in de bovenste 5 centimeter grond. Deze bijna-realtime gegevens brengen het wereldwijde bodemvocht in kaart, zorgen voor verbindingen tussen het water van de aarde, energie- en koolstofcycli. Bijvoorbeeld, deze gegevens zijn opgenomen in een NASA-softwaretoepassing genaamd het Land Information System en met andere bronnen, biedt gebruikers cruciale informatie over bodemverzadiging, droogtevoorspelling en landbouw.

NASA volgt ook water via de missie Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on (GRACE-FO). Een samenwerking tussen NASA en het Duitse ruimtevaartcentrum, GRACE-FO is een opvolger van de GRACE-missie, die waarnemingen deed van 2002 tot 2017.

De GRACE-FO-missie bestaat uit twee tweelingsatellieten die elkaar in een baan rond de aarde volgen en slechts ongeveer 220 km van elkaar verwijderd zijn. Door constant de afstand tussen hen te meten, ze volgen veranderingen in het zwaartekrachtveld van de aarde, die wordt beïnvloed door verschillen in massa, zoals bij het passeren van dichtbij en vervolgens over een bergketen. Hoewel deze veranderingen voor ons onmerkbaar zouden zijn, de uiterst nauwkeurige metingen van de afstand tussen de twee satellieten laten wereldwijd zwaartekrachtveranderingen zien.

De gegevens worden gebruikt om maandelijkse kaarten te maken van het gemiddelde zwaartekrachtveld van de aarde, met details over hoe massa, beweegt zich rond de planeet, die op de schaal van maandelijks grotendeels te wijten is aan waterbeweging. Zo kunnen GRACE-FO-gegevens worden gebruikt om veranderingen in ondergrondse wateropslag te ontdekken, de hoeveelheid water in grote meren en rivieren, bodemvocht in de wortelzone, ijskappen en gletsjers, en zeeniveau veroorzaakt door de toevoeging van water aan de oceaan. Deze ontdekkingen geven een uniek beeld van het klimaat op aarde en hebben verstrekkende voordelen voor de samenleving.

Watergegevens overal

Ondanks al onze manieren om de kwaliteit en kwantiteit van water over onze wereld te volgen en te bewaken, er is nog veel te leren over hoe je het beste naar het water van de wereld kunt kijken, vooral omdat klimaatverandering de watercyclus verschuift en de beschikbaarheid van water over de hele wereld beïnvloedt.

De satelliet- en modelleringsproducten van NASA bieden een enorme hoeveelheid waardevolle informatie over wereldwijde waterbronnen, die zich jarenlang uitstrekken over een breed scala van gebieden (van lokaal tot wereldwijd) en over vele tijdschalen (van uur tot decennia), en hoewel deze informatie wordt gebruikt voor lopend wetenschappelijk onderzoek, veel van de middelen zijn bijna in realtime beschikbaar, waardoor ze nuttig kunnen zijn voor toepassingen zoals het reageren op een orkaan of droogte.

Alle NASA-gegevens zijn gratis, en openlijk beschikbaar, iedereen toegang te geven tot de informatie - allemaal met als doel het water op onze bleke, blauwe planeet.