La "mega sequía" que ha afectado al sistema del río Colorado este año ha sido devastadora para los 40 millones de personas que dependen de él para obtener agua. Pero, ¿se podría haber predicho esta sequía? ¿Seremos capaces de predecir el próximo?

Las cuencas hidrográficas de las montañas proporcionan del 60 al 90% de los recursos hídricos en todo el mundo, pero todavía hay mucho que los científicos desconocen sobre los procesos físicos y las interacciones que afectan la hidrología en estos ecosistemas. Y por lo tanto, los mejores modelos de computadora del sistema terrestre luchan por predecir el momento y la disponibilidad de los recursos hídricos que emanan de las montañas.

Ahora, un equipo de científicos del Departamento de Energía de EE. UU. Dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) tiene como objetivo cubrir esa brecha, con una ambiciosa campaña para recopilar una amplia gama de mediciones que permitirán a los científicos comprender mejor el futuro del agua en Occidente. La campaña Surface Atmosphere Integrated Field Laboratory (SAIL) comenzará el 1 de septiembre de cuando los científicos accionan el interruptor de una gran cantidad de maquinaria que se ha acumulado en la cuenca superior del río Colorado.

En el transcurso de dos caídas, dos inviernos, dos resortes, y un verano, más de tres docenas de instrumentos científicos, incluida una variedad de radares, lidars, cámaras, globos y otros equipos de última generación:recopilarán un tesoro de datos sobre precipitaciones, viento, nubes aerosoles, energía solar y térmica, temperatura, humedad, ozono, y más. Luego, esos datos se pueden utilizar para impulsar las capacidades de los modelos del sistema terrestre y responder a muchas preguntas científicas sobre cómo, por qué, dónde, y cuando caiga la lluvia y la nieve. En estrecha colaboración con investigadores especializados en la superficie y el subsuelo de la Tierra, La campaña SAIL ayudará a la comunidad científica a comprender cómo las montañas extraen la humedad de la atmósfera y luego procesan el agua hasta el lecho rocoso debajo de la superficie de la Tierra. Por último, esto proporcionará las herramientas para que los científicos puedan predecir mejor la disponibilidad futura de agua.

"El río Upper Colorado impulsa más de $ 1 billón en actividad económica y proporciona una inmensa cantidad de energía hidroeléctrica, pero es muy poco estudiado en comparación con lo importante que es, "dijo el científico de Berkeley Lab, Daniel Feldman, el investigador principal de SAIL. "Estamos empezando a ver consecuencias realmente dramáticas de los cambios en los recursos hídricos, pero los detalles de lo que realmente está sucediendo en estos lugares de donde proviene el agua, esos detalles importan, y eso es en lo que se centra SAIL ".

Del Ártico a las Montañas Rocosas

SAIL es una campaña de investigación administrada por la instalación de usuario de Medición de Radiación Atmosférica (ARM) del DOE, un contribuyente clave a la investigación climática con sus observatorios climáticos fijos y móviles ubicados en los Estados Unidos y en todo el mundo. Gran parte del equipo que se utiliza en SAIL acaba de regresar de una expedición al Ártico de un año.

"SAIL es una campaña oportuna debido a la sequía en curso en el oeste de los Estados Unidos, "dijo Sally McFarlane, Gerente de programa DOE para la instalación de usuarios de ARM. "El río Colorado es motivo de especial preocupación porque suministra agua a 40 millones de personas. SAIL está reuniendo datos de ARM y otros programas de investigación del DOE para, en última instancia, ayudar a proporcionar información sobre los procesos atmosféricos y las interacciones tierra-atmósfera que afectan a la lluvia y la nieve. en la cuenca alta del río Colorado ".

SAIL es verdaderamente un amplio, esfuerzo colaborativo. ARM es administrado conjuntamente por nueve laboratorios nacionales del DOE; El Laboratorio Nacional de Los Alamos dirige la administración y las operaciones generales del observatorio móvil ARM, mientras que los científicos de varios otros laboratorios del DOE, incluyendo Argonne, Brookhaven, Noroeste pacífico, y Oak Ridge National Labs, trabajar en estrecha colaboración con Los Alamos y Berkeley Lab para apoyar la ciencia y las operaciones de SAIL. Varios investigadores universitarios de la Universidad Estatal de Colorado, UC Berkeley, UC Irvine, UC Davis, La Universidad Estatal de Oregon, Universidad de Indiana, Universidad del Estado de Pensilvania, Universidad de Utah, Instituto de Investigaciones del Desierto, y la Universidad Estatal de Boise también participan en la investigación.

La mayoría de los instrumentos están alojados en grandes contenedores ubicados en la pintoresca ciudad montañosa de Gothic, Colorado, un antiguo pueblo minero cerca de Crested Butte, Colorado. La instalación está alojada por el Laboratorio Biológico de las Montañas Rocosas, que se dedica a la investigación de ecosistemas de gran altitud. Un equipo de tres técnicos supervisará los instrumentos las 24 horas.

"Esta es una oportunidad profunda e increíblemente única y representa un experimento único en su tipo en sistemas montañosos en todo el mundo, puenteando los procesos desde la atmósfera hasta el lecho de roca, "dijo el científico de Berkeley Lab, Ken Williams, el investigador principal in situ de SAIL.

SAIL science:mejores modelos para responder preguntas difíciles

Tener este volumen de datos en una amplia gama de escalas espaciales y temporales permitirá a los científicos comenzar a comprender los procesos físicos que pueden afectar la hidrología de las montañas y responder preguntas como cómo el polvo, fuego fatuo, sequía caliente, mortalidad de árboles, y otros fenómenos podrían afectar la cuenca. Por último, los datos se incorporarán a los modelos del sistema terrestre para que puedan "obtener el equilibrio hídrico correcto".

"Nuestros modelos que predicen lo que será el agua en el futuro, su resolución ahora es de unos 100 kilómetros [62 millas], pero hay mucha actividad en 100 kilómetros, mucha variabilidad del terreno, muchas diferencias en la precipitación, y procesos superficiales y subsuperficiales, ", Dijo Feldman." Así que realmente la pregunta es, ¿Cuáles son todos los detalles que deben incluirse en esos grandes modelos? para que podamos conseguir que el equilibrio hídrico sea correcto? Y es por eso que esto es realmente emocionante:mediremos las entradas y las salidas a un nivel fundamental para desarrollar un conjunto de datos de referencia para que la comunidad científica evalúe y mejore sus modelos ".

El programa de Investigación del Sistema Atmosférico (ASR) del DOE trabaja en estrecha colaboración con ARM para mejorar la comprensión de los procesos clave que afectan el equilibrio radiativo y el ciclo hidrológico de la Tierra.

"Los proyectos de investigación de ASR durante la campaña SAIL nos ayudarán a aprender más sobre la nube, aerosol, precipitación, y procesos de radiación que afectan el ciclo del agua en la cuenca alta del río Colorado, "dijo Jeff Stehr, un Gerente de Programa DOE para ASR. "Por último, este trabajo nos ayudará a mejorar los modelos climáticos para que puedan utilizarse para comprender mejor, predecir, y planificar las amenazas a los recursos hídricos en el árido oeste y en todo el mundo ".

SAIL aprovecha los esfuerzos sustanciales que Berkeley Lab ya ha realizado en esta área:ha estado liderando estudios de campo en la cuenca del East River de la cuenca superior de Gunnison de Colorado desde 2014, como parte del proyecto del Área de enfoque científico de la función de cuencas hidrográficas financiado por el DOE. SAIL se basará en ese esfuerzo de investigación, reuniendo una amplia gama de disciplinas científicas para crear el primer laboratorio de campo integrado de montaña del lecho de roca a la atmósfera del mundo.

"Tener hidrólogos trabajando con científicos de procesos de precipitación, investigadores de aerosoles que trabajan con investigadores de procesos de nieve, esa es una parte muy importante aquí, y es único y emocionante, "Dijo Feldman.

Algunas de las preguntas prácticas que la campaña SAIL podría ayudar a responder incluyen:

• ¿Cómo planeamos para un futuro de poca nieve o nevadas cambiando a lluvia? "Nuestra planificación para el río Colorado se basa en gran medida en patrones climáticos históricos que podrían estar cambiando, de la nieve a la lluvia, "Dijo Feldman.
• ¿Cómo afectan las actividades y las perturbaciones en el bosque la calidad y la disponibilidad del agua? "No se trata solo del volumen total de agua que sale de estos sistemas, "Dijo Williams." También veremos cómo las actividades terrestres, como los incendios forestales y el manejo forestal, afectan las concentraciones de constituyentes en el agua y la calidad general del agua ".
• ¿Se desbordarán las presas? La Oficina de Reclamación de EE. UU., la agencia federal encargada de administrar las represas en el oeste de EE. UU., utilizará los nuevos datos provenientes del sistema de radar para ayudar con las operaciones controladas de presas y embalses. Feldman señaló:"Ha habido algunas situaciones bastante aterradoras que han surgido cuando la lluvia cae sobre la nieve. El desastre de la presa de Oroville [en California en 2017] es solo uno de muchos de esos ejemplos".

Adicionalmente, uno de los radares meteorológicos estará ubicado en una zona de esquí propiedad de Vail Resorts, una importante estación de esquí de Colorado, lo que podría beneficiar tanto a los entusiastas del aire libre como a los científicos. Y la investigación también será útil para organizaciones como los servicios públicos de agua y la Oficina de Recuperación que están experimentando con tecnologías de modificación del clima. como la siembra de nubes.

Otras agencias federales se suman al carro

Todos los datos recopilados por SAIL estarán disponibles gratuitamente para los investigadores. Y lo que es más, un grupo de investigadores de otras agencias federales están llevando a cabo campañas de campo en el área con esfuerzos de investigación complementarios.

La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), una agencia del Departamento de Comercio, ha lanzado un proyecto llamado SPLASH, o el Estudio de la Precipitación, la atmósfera inferior y la superficie para la hidrometeorología, para mejorar la predicción del clima y el agua en las montañas de Colorado y más allá. También realizará observaciones conjuntas atmosféricas detalladas en el área de estudio de SAIL.

El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), una agencia del Departamento del Interior, ha desarrollado un Sistema de Observación de Agua de Próxima Generación del Alto Colorado (NGWOS) para proporcionar datos en tiempo real sobre la cantidad y la calidad del agua de maneras más asequibles y rápidas que antes, y en más ubicaciones.

"Es bastante raro que una sola pregunta de investigación, el futuro del agua en Occidente, para integrar las actividades de investigación de los investigadores en múltiples agencias federales, "Señaló Williams.

Pero la escala del desafío, y la perspectiva de un futuro sin nieve o con poca nieve, requiere nada menos que una respuesta práctica por parte de los científicos. "Necesitamos comprender la variedad de riesgos a los que nos enfrentamos en el futuro, ", Dijo Feldman." El término 'futuro no analógico' es realmente importante para nosotros ".