Randall Bonnell (izquierda), Estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Colorado, y Lucas Zeller (derecha), Estudiante de maestría en la Universidad Estatal de Colorado, tirar del trineo GPR en Cameron Pass, Colorado. Crédito:Alex Olsen Mikitowicz.
Mientras la última nieve se derrite Los equipos SnowEx de la NASA están empacando las raquetas de nieve, esquís e instrumentos científicos que han utilizado durante todo el invierno para estudiar la nieve en montañas y praderas. Ahora, están dirigiendo su atención a un tipo diferente de montaña:todos los datos que recopilaron.
Este año, Los equipos de SnowEx tomaron medidas de nieve en seis sitios en el oeste de los Estados Unidos, en tierra y con aviones teledirigidos y aviones volando por encima. Esta información ayudará a los científicos a determinar cuánta agua contiene la capa de nieve invernal, que es crucial para la gestión de los recursos hídricos para beber, agricultura, energía hidroeléctrica, previsión de inundaciones, manejo de sequías e incendios forestales y más.
Además de estudiar la nieve, Los investigadores de SnowEx también están evaluando la precisión con la que diversas técnicas pueden medir la nieve en diferentes entornos. En el futuro, La NASA espera lanzar un satélite dedicado a estudiar la nieve, y el agua que almacena, desde el espacio, para comprender cómo los cambios en la capa de nieve afectan las sequías, incendios forestales y más. Uno de los principales objetivos de la campaña SnowEx de varios años es determinar qué instrumentos pueden ser los más adecuados para el trabajo.
"No vamos a resolver el problema del control de la nieve desde el espacio con una sola tecnología, "dijo HP Marshall, profesor asociado de la Universidad Estatal de Boise y científico del proyecto conjunto de SnowEx 2021. "Una gran parte de SnowEx consiste en encontrar la mejor manera de combinar el trabajo de campo, Sensores remotos, y modelado en un marco ".
En 2020, la campaña SnowEx se interrumpió debido a la pandemia de COVID-19 y el equipo no pudo terminar sus experimentos aéreos. Para 2021, el equipo científico tenía tres objetivos principales:realizar una serie de tiempo de observaciones del radar de apertura sintética interferométrica de banda L (InSAR) en diversas condiciones de nieve, medir la reflectividad de la superficie de la nieve, y estudiar la distribución de la nieve en un paisaje de pradera.
Isis Brangers, un estudiante de doctorado visitante de KU Leuven en Bélgica, examina cristales de nieve cerca de Stanley, Idaho. Crédito:HP Marshall, Universidad Estatal de Boise
Un avión Gulf Stream 3, llevando el instrumento de radar de apertura sintética de vehículos aéreos deshabitados (UAVSAR) del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, voló sobre siete sitios en Colorado, Utah, Idaho y Montana desde mediados de enero hasta finales de marzo. UAVSAR es un InSAR de banda L, un tipo especial de radar, que SnowEx está usando para medir cambios en la masa de la capa de nieve.
La masa de la capa de nieve puede cambiar drásticamente de un vuelo UAVSAR al siguiente. Por ejemplo, una gran tormenta de nieve puede arrojar grandes cantidades de nieve en un área durante un período corto de tiempo. Parte de la nieve puede derretirse o sublimarse, saltándose la fase líquida y pasando directamente de sólido a gas. También puede ser redistribuido por los fuertes vientos.
El equipo de SnowEx está probando qué tan bien el sensor UAVSAR puede detectar estos diferentes cambios en la masa de la nieve. Resumir los cambios en la masa de nieve durante la temporada de invierno ayudará al equipo a calcular cuánta agua se almacena en la capa de nieve estacional. o equivalente en agua de nieve (SWE). "Con UAVSAR, lo que estamos viendo es el cambio en SWE de un vuelo a otro, "dijo Carrie Vuyovich, científico principal de la nieve para el Programa de Hidrología Terrestre de la NASA, en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Programado para 2022, La NASA y la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) planean lanzar el satélite NISAR para estudiar los cambios en la superficie de la Tierra desde el espacio. NISAR llevará un instrumento de radar de banda L similar a UAVSAR, y el equipo de SnowEx está probando cómo pueden usar las observaciones de NISAR para estudiar la nieve.
Mientras los aviones sobrevolaban los científicos recopilaron datos en el suelo a continuación. Midieron las características de la nieve, como la profundidad y la densidad de la nieve, el tamaño de los granos de nieve individuales, temperatura, qué tan reflectante es la superficie de la nieve, y cuánto de la capa de nieve es hielo, nieve o agua líquida. El equipo recopiló estas medidas de pozos de nieve, agujeros del tamaño de un automóvil cavados en la nieve. Desde el interior de los pozos los científicos tomaron muestras a diferentes profundidades para ver cómo las características del manto de nieve variaban de una capa a otra.
Randall Bonnell y Lucas Zeller, estudiantes graduados de la Universidad Estatal de Colorado, recolectar una muestra de núcleo equivalente de agua de nieve en el sitio en Cameron Pass, Colorado. Crédito:Dan McGrath, Universidad Estatal de Colorado
Los observadores de SnowEx también midieron la capa de nieve utilizando herramientas de detección remota basadas en tierra similares a las que se utilizan desde el aire y el espacio. Los datos recopilados durante SnowEx están disponibles públicamente en el Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo; Cada mes se publican más conjuntos de datos a medida que los científicos de todo el país completan el procesamiento de cada uno de los conjuntos de datos sin procesar y los revisan cuidadosamente en busca de errores.
Los científicos con raquetas de nieve o esquís también utilizaron espectrómetros de mano para medir el albedo, o qué tan brillante y reflectante es la superficie de la nieve. Albedo juega un papel muy importante en la rapidez con que se derrite la nieve. Depende de una variedad de factores, como el tamaño y la forma de los cristales de nieve individuales, cuánta nieve ya se ha derretido, e impurezas como polvo sobre la nieve.
Desde el aire, Los investigadores midieron el albedo utilizando el instrumento de próxima generación del espectrómetro de imágenes infrarrojas / visibles en el aire (AVIRIS) del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. La comparación de las mediciones aéreas y terrestres ayudará a los científicos a identificar cómo los diferentes factores contribuyen al albedo de la nieve.
Este año, SnowEx agregó un sitio en una pradera, que es un paisaje importante pero poco estudiado en lo que respecta a la ciencia de la nieve. Si bien la cantidad de nieve en las praderas es mucho menor que la que cae en las montañas, "un gran porcentaje de la Tierra cubierta de nieve se considera pradera. La nieve en esas áreas es importante para la agricultura y contribuye a las inundaciones, "dijo Vuyovich.
Estos paisajes expuestos a menudo tienen fuertes vientos que mueven la nieve de un área a otra, formando ventisqueros profundos en algunas áreas y dejando solo una ligera capa de nieve en otras. Debido a estas variaciones, El equipo de SnowEx quería ver qué tan bien la teledetección puede detectar estos grandes cambios en la capa de nieve en distancias cortas.
Todos los experimentos se desarrollaron sin problemas a pesar de la pandemia, dijo Marshall. "Siempre hay desafíos, " él dijo, citando riesgos de hipotermia, avalanchas y condiciones peligrosas de las carreteras. "Pero COVID fue un gran desafío adicional con el que no estábamos acostumbrados". Para garantizar que todos estuvieran a salvo, el equipo implementó pruebas de rutina de COVID-19, mascarillas protocolos de distanciamiento social, y pasajeros limitados en vehículos.
Los equipos de SnowEx también reclutaron a científicos de la nieve locales para ayudar a recopilar datos en el campo. "Estos equipos fueron fundamentales para que esta campaña fuera un éxito, ", dijo Vuyovich." Esa fue la única forma en que pudimos continuar SnowEx este invierno ".
Después de un exitoso invierno en el campo, el equipo de SnowEx está cambiando su enfoque de raquetas de nieve y espectrómetros a computadoras portátiles y de alto rendimiento. In mid-July, 90 members of the community will participate in a week-long hackathon, 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.
