Исследователи завершили первые полеты полевой кампании под руководством НАСА, направленной на устранение одного из самых больших пробелов в понимании учеными водных ресурсов Земли: снега.
НАСА использует точку обзора космоса для изучения всех аспектов Земли как взаимосвязанной системы. Но остаются серьезные препятствия для точного измерения того, сколько воды хранится в заснеженных регионах планеты. Количество воды в снегу играет важную роль в наличии воды для питья, сельского хозяйства и гидроэнергетики.
Войдите в SnowEx, многолетнюю исследовательскую кампанию под руководством НАСА, направленную на улучшение дистанционных измерений того, сколько снега находится на земле в любой момент времени и сколько воды содержится в этом снегу. SnowEx спонсируется Программой наземной гидрологии в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, и управляется Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Первый год наземной и воздушной кампании проходит в феврале на западе Колорадо.
«Это самая всеобъемлющая кампания, которую мы когда-либо проводили на снегу», - сказал Эдвард Ким, ученый по дистанционному зондированию из NASA Goddard и ученый проекта SnowEx. «Участвует армия из почти 100 ученых из университетов и агентств США, Европы и Канады. Наша цель - найти и усовершенствовать лучшие методы измерения снега и то, как они могут работать вместе».
Ученые знают, что им потребуется несколько датчиков для измерения содержания воды в снегу. «Ни один инструмент не идеален», - сказал Чарльз Гейтбе из NASA Goddard, заместитель научного сотрудника проекта SnowEx и старший научный сотрудник Ассоциации космических исследований университетов. «Одна из наших самых больших проблем - обнаружение снега сквозь деревья. Мы будем тесно сотрудничать с нашей наземной командой, чтобы опробовать новые методы, чтобы понять, сможем ли мы сделать это точно."
Почему снег?
Более одной шестой населения мира использует сезонный снег как источник воды. На западе США почти три четверти годового речного стока, обеспечивающего водоснабжение, поступает в виде весеннего и летнего таяния горных снежных покровов. Прямо сейчас прогнозы речного стока могут сильно различаться из-за ограниченного количества мест наземных измерений. Это одна из причин, по которой ученые и специалисты по ресурсам заинтересованы во всестороннем представлении из космоса того, что они называют снежно-водным эквивалентом - количества жидкой воды, содержащейся в снежном покрове. Ученые используют эквивалент снеговой воды для оценки количества воды, которая растает в горных ручьях, реках и водохранилищах.
Снег также влияет на климат. Ученые обнаружили изменения в количестве снега и времени его таяния, которые связаны с другими изменениями, вызванными потеплением климата Земли. Хотя спутники не в состоянии точно измерить эквивалент воды и снега на всех снежных ландшафтах, спутники отслеживают площадь сезонных заснеженных территорий на протяжении десятилетий. С 1967 года весенний снежный покров в Северном полушарии уменьшился примерно на 1 миллион квадратных миль. Потеря снежного покрова приводит к тому, что Земля поглощает больше солнечного света, что ускоряет потепление планеты.
В воздухе, на земле
Приборы и методы, разработанные в ходе таких кампаний, как SnowEx, однажды могут привести к созданию космической миссии по наблюдению за снегом. «Мы также найдем лучший способ оптимизировать использование существующих спутников для проведения измерений», - сказал Джаред Энтин, руководитель Программы наземной гидрологии в штаб-квартире НАСА.
Пять самолетов с 10 различными датчиками являются частью кампании SnowEx. С оперативной базы на базе ВВС Петерсон в Колорадо-Спрингс SnowEx развернет самолет P-3 Orion, которым управляет ПЕРВАЯ эскадрилья научных разработок (VXS-1), дислоцированная на военно-морской авиабазе Патаксент-Ривер, штат Мэриленд. Высотные самолеты НАСА будут летать из Космического центра имени Джонсона в Хьюстоне и Центра летных исследований Армстронга в Палмдейле, штат Калифорния. King Air и Twin Otter будут вылетать из Гранд-Джанкшен, штат Колорадо.
Самолеты будут нести один пассивный и четыре активных микроволновых датчика, которые хороши для измерения снежно-водного эквивалента в сухом снегу, но менее оптимальны для измерения снега в лесах или слабом снежном покрове; тепловизионная инфракрасная камера и выносной термометр (КТ-15) для измерения температуры поверхности; лазерный прибор, который хорошо измеряет толщину снега и эквивалент снеговой воды сквозь деревья; спектрометр изображения, который измеряет альбедо снега - количество солнечного света, отраженного и поглощенного снегом, который контролирует скорость таяния снега и время его стока. King Air несет бортовую снежную обсерваторию из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. ASO - это первая система дистанционного зондирования, которая когда-либо измеряла толщину снежного покрова, водный эквивалент снега и альбедо снега во всех горных бассейнах, а с 2013 года проводит уникальные количественные измерения снежного водного эквивалента над горными районами.
Полевая часть кампании проходит в Гранд-Месе и бассейне Сенатор-Бек. Ученые будут использовать процедуры измерения и отбора проб, которые позволят команде проверить данные дистанционного зондирования, полученные несколькими датчиками на различных самолетах. Для наземной кампании используется традиционное и высокотехнологичное оборудование, в том числе снежные ямы и приборы дистанционного зондирования, поднимаемые на высоту 40 футов на грузовиках со стрелой.
"Большой задачей наземной кампании является сбор высококачественных полевых измерений при сохранении безопасности и здоровья всех в этих суровых условиях", - сказала Келли Элдер, гидролог-исследователь с исследовательской станции Скалистых гор Лесной службы США в Форт-Коллинзе., Колорадо, который возглавляет общую наземную кампанию.
Ученые будут работать на высоте более 10 000 футов в потенциально ветреных и морозных условиях до 10 часов в день. Им нужны снежные очки или солнцезащитные очки, чтобы защитить глаза. Гипотермия представляет собой вполне реальную угрозу, поэтому исследователи носят специальную одежду, предназначенную для отвода пота и сохранения сухости. Команды используют снегоступы, лыжи и снегоходы, чтобы добраться до точек измерения грунта на Гранд-Месе и в бассейне Сенатор-Бек.
Участок исследования Senator Beck Research Basin находится недалеко от истоков бассейна реки Рио-Гранде. «Области его исследований - это первые крупные горные системы с подветренной стороны юго-западной пустыни и плато Колорадо, что делает его идеальным местом для изучения влияния пыли на таяние снега», - сказал Ханс-Питер Маршалл из Университета штата Бойсе, который руководит наземными операциями. в исследовательском бассейне Сенатора Бека. «Гранд-Меса была выбрана из-за ее равнинности и различных лесных условий», - сказал Крис Хиемстра, физик-исследователь из Инженерного корпуса армии США и руководитель наземных операций Гранд-Мезы. Разнообразие рельефа и окружающей среды делает наземные участки хорошими моделями для разработки глобальных измерений снега.
Наземное оборудование было установлено в сентябре 2016 года, до начала снегопада. Наземная площадка рядом с палаточным лагерем будет содержать специализированное оборудование, слишком большое для перемещения. Эту работу по созданию площадки для наблюдения в местном масштабе возглавляет Людовик Брукер из Годдардского НАСА. Команды из 50 исследователей проводят наземные измерения, меняясь в поле и за его пределами каждую неделю в течение трехнедельного периода.
Данные, полученные в ходе кампании SnowEx, будут храниться в Национальном центре данных по снегу и льду в Боулдере, штат Колорадо, и будут доступны любому бесплатно, как и все данные НАСА. После полевых работ ученые SnowEx проанализируют данные и порекомендуют НАСА, как действовать в ближайшие несколько лет. «Эта кампания будет генерировать лучшие идеи от мирового сообщества экспертов по снегу», - сказал Ким. Бассейн сенатора Бека находится в ведении Центра изучения снега и лавин CSAS, некоммерческой организации, которая проводит исследования снежного покрова в бассейне.