Los copos de nieve que cubren las montañas o permanecen debajo de las copas de los árboles son un recurso de agua dulce vital para más de mil millones de personas en todo el mundo. Para ayudar a determinar cuánta agua dulce se almacena en la nieve, un equipo de investigadores financiado por la NASA está creando una herramienta informática que simula la mejor manera de detectar nieve y medir su contenido de agua desde el espacio.

El contenido de agua de la nieve, o equivalente en agua de nieve (SWE) es un "santo grial para muchos hidrólogos, "dijo Bart Forman, el investigador principal del proyecto y profesor de la Universidad de Maryland, College Park. Cuando la nieve se derrita el charco de agua resultante es su SWE.

En los estados del oeste de EE. UU., la nieve es la principal fuente de agua potable y el agua de la nieve es un factor importante para la generación de energía hidroeléctrica y la agricultura.

Algunos cambios en los patrones de nevadas son indicadores del cambio climático. Por ejemplo, las temperaturas más cálidas hacen que el agua caiga en forma de lluvia en lugar de nieve. Como resultado, algunas montañas no pueden retener el agua en forma de manto de nieve como solían hacerlo, lo que significa que la lluvia inunda los ríos y las inundaciones son más intensas. Cuando termine la temporada de inundaciones, las sequías pueden ser más severas.

El nuevo enfoque de Forman sigue los esfuerzos de la NASA para estudiar SWE desde satélites, aviones y el campo. El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) es un instrumento a bordo de dos satélites que captura imágenes diarias de la Tierra. MODIS puede identificar tierras cubiertas de nieve y hielo en lagos y grandes ríos. La misión Global Precipitation Measurement (GPM), una constelación internacional de satélites, puede observar la lluvia y la nieve que cae en todo el mundo cada dos o tres horas.

Además de las observaciones desde el espacio, La NASA lleva a cabo una campaña más cerca de casa llamada SnowEX. La campaña es un programa de cinco años que incluye observaciones aéreas y luego trabajo de campo para revelar lo que los esfuerzos de los satélites no revelan. SnowEX permite a los investigadores examinar terrenos complejos que pueden ser difíciles de caracterizar desde el espacio. La campaña del próximo invierno colaborará con el Airborne Snow Observatory, que mide la profundidad y las características de la nieve.

La importancia de la nieve y su agua

"Nos encantaría tener un mapa global de SWE, "dijo Edward Kim, un científico investigador en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Sin embargo, No existe una técnica única que pueda medir el SWE a nivel mundial porque las propiedades de la nieve varían según el lugar donde aterriza. Dijo Kim. A menudo forma una capa más profunda en los bosques, donde se resguarde del sol, pero mantiene un perfil menos profundo en la tundra y la pradera, donde está expuesto al viento y temperaturas más altas.

La nieve cambia de forma a medida que cae a la superficie y luego continúa cambiando en su lugar de descanso. Su forma puede determinar qué sensor puede observarlo, Kim dijo, agregando otra complejidad al SWE estimado.

La nueva herramienta de Forman y su equipo determinará la combinación más efectiva de sensores basados ​​en satélites para producir la mayor cantidad de datos. "La herramienta nos mostrará cómo tomar decisiones inteligentes sobre cómo combinar sensores, "Dijo Kim.

Una historia de diferentes sensores

La herramienta evalúa tres tipos diferentes de sensores en órbita terrestre:radar, radiómetro, y lidar.

El equipo examinó la información de radar y radiómetro de los sensores existentes, como el radiómetro Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2). El sensor se lanzó como una asociación liderada por la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) para capturar las emisiones de microondas de la superficie y la atmósfera de la Tierra. Su objetivo es identificar la capa de nieve, temperaturas de la superficie del mar, la humedad del suelo y otros factores críticos para comprender el clima de la Tierra.

Para observaciones de radar, el equipo incluyó datos de los satélites Copernicus Sentinel 1A y 1B de la Agencia Espacial Europea (ESA), que monitorean las superficies terrestres y oceánicas.

Además de incluir sensores de radar y radiómetro, que actualmente están monitoreando la nieve desde el espacio, la simulación de la nueva herramienta incluye lidar; lidar ha volado a bordo de aviones para medir la nieve en áreas específicas. Por ejemplo, la campaña SnowEx y el Observatorio Aerotransportado de Nieve de la NASA utilizan lidar para determinar la profundidad de la nieve y el SWE. "Podemos ayudar a explorar la pregunta, ¿Qué pasaría si tuviéramos una misión satelital de observación centrada en la nieve en el espacio? ", dijo Forman.

De supercomputadoras y satélites

"Para hacer todo esto, tienes que usar supercomputadoras, "Dijo Forman. Específicamente, el Discover Supercomputer en Goddard y el clúster de Computación de alto rendimiento Deepthought2 en la Universidad de Maryland.

Una vez que los datos de los diferentes sensores están en la herramienta de simulación, el equipo puede realizar experimentos que incluyen diferentes escenarios, como poner un satélite en una órbita frente a otra, o tener un satélite mirando una amplia franja frente a una estrecha franja de la Tierra. Con este conjunto de experimentos, pueden comparar el rendimiento de una determinada combinación en comparación con un escenario de referencia, Dijo Forman.

Como regla general, con más satélites en órbita, los científicos tendrían datos de mayor calidad, Dijo Forman. Sin embargo, "Podemos preguntar, ¿Cuál es la ganancia marginal si tuviéramos un radiómetro más? ", dijo Forman.

La nueva herramienta de simulación de detección de nieve ayudará a crear una estrategia de observación de nieve basada en el espacio para comprender mejor este recurso vital de agua dulce. El simulador se utilizará para "seguir haciendo preguntas sobre lo que debería ser el próximo y cómo deberíamos planificar en 20 años o más, "Dijo Forman.

Esta nueva herramienta de simulación de nieve está financiada por la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA.