Terwijl de laatste sneeuw smelt, NASA's SnowEx-teams pakken de sneeuwschoenen in, ski's, en wetenschappelijke instrumenten die ze de hele winter hebben gebruikt om sneeuw in bergen en prairies te bestuderen. Nutsvoorzieningen, ze richten hun aandacht op een ander soort berg:alle gegevens die ze hebben verzameld.

Dit jaar, SnowEx-teams hebben sneeuwmetingen gedaan op zes locaties in het westen van de Verenigde Staten, op de grond en met drones en vliegtuigen die overvliegen. Deze informatie zal wetenschappers helpen bepalen hoeveel water het wintersneeuwpakket bevat, die cruciaal is voor het beheer van de watervoorraden om te drinken, landbouw, waterkracht, overstromingsvoorspelling, droogte en natuurbrandbeheer en meer.

Naast het bestuderen van sneeuw, SnowEx-onderzoekers evalueren ook hoe nauwkeurig verschillende technieken sneeuw in verschillende omgevingen kunnen meten. In de toekomst, NASA hoopt een satelliet te lanceren die gewijd is aan het bestuderen van sneeuw - en het water dat het opslaat - vanuit de ruimte, om te begrijpen hoe veranderingen in de sneeuwlaag droogtes beïnvloeden, bosbranden, en meer. Een van de hoofddoelen van de meerjarige SnowEx-campagne is uitzoeken welke instrumenten het meest geschikt zijn voor de klus.

"We gaan het probleem van sneeuwmonitoring vanuit de ruimte niet oplossen met één technologie, " zei HP Marshall, een universitair hoofddocent aan de Boise State University en de co-projectwetenschapper van SnowEx 2021. "Een groot deel van SnowEx is het bedenken van de beste manier om veldwerk te combineren, teledetectie, en modelleren in één raamwerk."

in 2020, de SnowEx-campagne werd afgebroken vanwege de COVID-19-pandemie en het team kon hun experimenten in de lucht niet afmaken. voor 2021, het wetenschappelijke team had drie belangrijke doelen:het uitvoeren van een tijdreeks van L-band interferometrische synthetische apertuurradar (InSAR)-waarnemingen in verschillende sneeuwcondities, meet de reflectiviteit van het sneeuwoppervlak, en bestudeer de sneeuwverdeling in een prairielandschap.

Een Gulf Stream 3-vliegtuig, met het Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) instrument van NASA's Jet Propulsion Laboratory, vloog over zeven locaties in Colorado, Utah, Idaho en Montana van half januari tot eind maart. UAVSAR is een L-band InSAR, een speciaal soort radar, die SnowEx gebruikt om veranderingen in de massa van het sneeuwpakket te meten.

De massa van het snowpack kan drastisch veranderen van de ene UAVSAR-vlucht naar de andere. Bijvoorbeeld, een grote sneeuwstorm kan in korte tijd enorme hoeveelheden sneeuw in een gebied dumpen. Een deel van de sneeuw kan smelten of sublimeren - de vloeibare fase overslaan en rechtstreeks van vast naar gas gaan. Het kan ook worden herverdeeld door harde wind.

Het SnowEx-team test hoe goed de UAVSAR-sensor deze verschillende veranderingen in de sneeuwmassa kan detecteren. Door de veranderingen in de sneeuwmassa tijdens het winterseizoen bij elkaar op te tellen, kan het team berekenen hoeveel water er is opgeslagen in het seizoensgebonden sneeuwpak. of sneeuwwaterequivalent (SWE). "Met UAVSAR, waar we naar kijken is verandering in SWE van de ene vlucht naar de volgende, " zei Carrie Vuyovich, leidende sneeuwwetenschapper voor NASA's Terrestrial Hydrology Program, bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Gepland voor 2022, NASA en de Indian Space Research Organization (ISRO) zijn van plan om de NISAR-satelliet te lanceren om veranderingen in het aardoppervlak vanuit de ruimte te bestuderen. NISAR zal een L-band radarinstrument dragen vergelijkbaar met UAVSAR, en het SnowEx-team test hoe ze NISAR-waarnemingen kunnen gebruiken om sneeuw te bestuderen.

Terwijl de vliegtuigen overvlogen, wetenschappers verzamelden gegevens op de grond beneden. Ze maten sneeuwkenmerken zoals sneeuwdiepte en dichtheid, de grootte van individuele sneeuwkorrels, temperatuur, hoe reflecterend het sneeuwoppervlak is, en hoeveel van de sneeuwlaag is ijs, sneeuw of vloeibaar water. Het team verzamelde deze metingen uit sneeuwkuilen - gaten ter grootte van een auto die in de sneeuw waren gegraven. Van binnenuit de pits, wetenschappers namen monsters op verschillende diepten om te zien hoe de kenmerken van het sneeuwpakket van laag tot laag varieerden.

De SnowEx-waarnemers hebben ook de sneeuwlaag gemeten met behulp van remote sensing-instrumenten op de grond, vergelijkbaar met die vanuit de lucht en de ruimte. De gegevens die tijdens SnowEx worden verzameld, zijn openbaar beschikbaar via het National Snow and Ice Data Center; elke maand worden er meer datasets gepubliceerd, omdat wetenschappers uit het hele land alle onbewerkte datasets volledig hebben verwerkt en zorgvuldig op fouten controleren.

Wetenschappers op sneeuwschoenen of ski's gebruikten ook draagbare spectrometers om albedo te meten, of hoe helder en reflecterend het sneeuwoppervlak is. Albedo speelt een grote rol in hoe snel de sneeuw smelt. Het hangt af van een reeks factoren, zoals de grootte en vorm van individuele sneeuwkristallen, hoeveel van de sneeuw is al gesmolten, en onzuiverheden zoals stof op de sneeuw.

Van de lucht, onderzoekers maten albedo met behulp van de Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Next Generation-instrument van NASA's Jet Propulsion Laboratory. Door de metingen in de lucht en op de grond te vergelijken, kunnen de wetenschappers vaststellen hoe verschillende factoren bijdragen aan het sneeuwalbedo.

Dit jaar, SnowEx heeft een terrein in een prairie toegevoegd, wat een belangrijk maar weinig bestudeerd landschap is als het gaat om sneeuwwetenschap. Hoewel de hoeveelheid sneeuw in de prairies veel minder is dan in de bergen, "een groot percentage van de met sneeuw bedekte aarde wordt als prairie beschouwd. Sneeuw in die gebieden is belangrijk voor de landbouw en draagt ​​bij aan overstromingen, ' zei Vuyovich.

Deze blootgestelde landschappen hebben vaak harde wind die sneeuw van het ene gebied naar het andere verplaatst, vormen in sommige gebieden diepe sneeuwbanken en laten in andere slechts een lichte laag sneeuw achter. Door deze variaties het SnowEx-team wilde zien hoe goed remote sensing deze grote veranderingen in sneeuwbedekking over korte afstanden kan detecteren.

Alle experimenten verliepen soepel ondanks de pandemie, zei Marshall. "Er zijn altijd uitdagingen, " hij zei, onder vermelding van risico's van onderkoeling, lawines en gevaarlijke wegomstandigheden. "Maar COVID was een grote extra uitdaging waar we niet aan gewend waren." Om ervoor te zorgen dat iedereen veilig was, het team voerde routinematige COVID-19-tests uit, maskers, protocollen voor sociale afstand, en beperkte passagiers in voertuigen.

SnowEx-teams hebben ook lokale sneeuwwetenschappers geworven om te helpen bij het verzamelen van gegevens in het veld. "Deze teams hebben volledig bijgedragen aan het succes van deze campagne, "zei Vuyovich. "Dat was de enige manier waarop we SnowEx deze winter konden voortzetten."

Na een succesvolle winter in het veld, het SnowEx-team verlegt de focus van sneeuwschoenen en spectrometers naar laptops en krachtige computers. Half juli, 90 leden van de community zullen deelnemen aan een hackathon van een week, which will provide tutorials for working with SnowEx data and group projects to build software for analysis of the large datasets. Next winter, the SnowEx team plans to conduct experiments in the Alaskan tundra and boreal forest. Full data analysis involving broader community participation will continue into the future.