Você pode não notar a água no solo sob seus pés, mas desempenha um papel importante em mantê-lo vivo. As plantas retiram água do solo para suas raízes e a usam para crescer. Se não houver o suficiente, a seca resultante pode ter impactos que se espalham por todo o abastecimento de água local, agricultura regional e até preços internacionais de alimentos. A missão Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) da NASA foi o primeiro sistema de satélite a medir diretamente as mudanças globais na água armazenada no subsolo nos maiores aquíferos do mundo. GRACE Follow-On, programado para lançamento neste mês, vai continuar esta importante tarefa.

"Realmente não existem produtos de sensoriamento remoto que sejam equivalentes aos dados GRACE para fornecer um instantâneo das condições em aqüíferos profundos, "disse Brian Wardlow, diretor do Centro de Tecnologias de Informação de Gerenciamento Avançado de Terras da Universidade de Nebraska, Lincoln. Wardlow está familiarizado com o valor desta informação para compreender a seca. Ele trabalhou no Centro Nacional de Mitigação de Secas (NDMC) em Lincoln quando os dados GRACE originais foram incorporados pela primeira vez em produtos experimentais dos mapas semanais do Monitor de Secas dos EUA. Os mapas mostram a umidade do solo em três níveis subterrâneos:os primeiros centímetros do solo, os poucos pés / um metro superiores do solo (a zona da raiz), e aquíferos.

Os mapas do Monitor de Secas dos EUA são uma das ferramentas mais importantes do país para monitorar a seca nos Estados Unidos. Eles são amplamente usados ​​por tomadores de decisão nos níveis federal e estadual. Por exemplo, o atual projeto de lei agrícola dos EUA designa as classificações de seca de condado por condado do Monitor de Seca como o padrão para julgar a elegibilidade para alguns programas federais de assistência a desastres.

O climatologista Brian Fuchs do NDMC, um membro da equipe de cientistas que criou os mapas de seca, explicou que a umidade do solo é medida esparsamente no solo. “Alguns estados têm suas próprias redes [terrestres], mas os dados são irregulares, e isso torna muito difícil usar os produtos em uma avaliação nacional, "disse ele." GRACE cobre todo o país, e nos ajuda a ter uma ideia de onde ficam as áreas úmidas e secas. "

O NDMC também considerou os dados GRACE na produção de outros recursos do NDMC, como o Índice de Resposta Rápida à Seca (QuickDRI), um projeto apoiado pela NASA com vários parceiros institucionais. QuickDRI é um sistema de alerta precoce para secas repentinas - que desenvolve rapidamente perdas de umidade do solo devido a ondas de calor e falta de chuva. O início de uma seca repentina é difícil de detectar ao nível do solo, mas seus impactos na agricultura podem ser tão severos quanto os de uma seca sazonal.

Colocando os dados nos mapas

Quando o GRACE foi lançado em 2002, a equipe científica sabia que os dados seriam úteis para medir o esgotamento de grandes aqüíferos. Contudo, a maioria dos hidrologistas não estava familiarizada com a medição. Uma das poucas exceções foi Matt Rodell, agora chefe do Laboratório de Ciências Hidrológicas no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Rodell havia feito recentemente sua pesquisa de doutorado sobre como os novos dados do GRACE poderiam ser usados ​​para monitorar as águas subterrâneas.

GRACE-FO, como GRACE, foi projetado para medir as mudanças na atração gravitacional que resultam de mudanças na massa na Terra. Mais de 99 por cento da atração gravitacional média da Terra não muda de um mês para o outro. Isso porque vem da massa da própria Terra sólida - sua superfície e interior - e que raramente se move, ou se move muito lentamente. Água, por outro lado, move-se continuamente em quase todos os lugares:a neve cai, o fluxo das correntes oceânicas, o gelo derrete e assim por diante. Como os satélites gêmeos GRACE-FO orbitam a Terra, um seguindo de perto o outro, as mudanças na massa abaixo mudam a distância entre os dois satélites muito ligeiramente. O registro dessas mudanças é analisado para criar mapas globais mensais de mudanças e redistribuição da massa da Terra perto da superfície.

Uma vez que as técnicas usadas pelo GRACE registram a mudança total na massa de mês para mês, não se essa mudança ocorreu acima do solo, perto da superfície do solo, ou bem abaixo do solo, Rodell e Jay Famiglietti, agora no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, necessário combinar os dados GRACE com dados meteorológicos e outros dados para separar as mudanças da água subterrânea das mudanças acima do solo e próximas à superfície. Depois de vários experimentos com as observações combinadas, Rodell e Famiglietti foram capazes de isolar o sinal de mudança de água em aquíferos pela primeira vez usando dados de sensoriamento remoto.

Outro obstáculo entre o GRACE e o monitoramento operacional da seca era uma incompatibilidade de escalas temporais e espaciais. Os produtos de dados GRACE eram produzidos uma vez por mês com uma resolução de cerca de 115 milhas quadradas (300 quilômetros quadrados). Os gestores de água precisam de novos dados a cada poucos dias para acompanhar as mudanças de umidade do solo, e eles preferem tê-lo na escala de seu município, distrito ou área semelhante menor. Rodell e sua equipe em Goddard assimilaram os dados do GRACE e um registro de longo prazo de observações meteorológicas, como precipitação, temperatura e radiação solar em um modelo de hidrologia da NASA, chamado de Modelo de Superfície de Terra de Bacia. É um modelo numérico de processos de água e energia em terra, desenvolvido para pesquisas sobre o ciclo global da água. Com sofisticadas técnicas de modelagem numérica e análise de dados, a equipe de Goddard conseguiu reduzir os dados do GRACE, isso é, para adaptar suas escalas de tempo e espaço maiores para "caber" nas escalas mais finas do modelo.

A equipe gerou indicadores experimentais de seca a partir de dados reduzidos a cada semana de 2011 até a missão GRACE encerrada em outubro de 2017.

Olhando para a Frente

Como a missão GRACE original terminou após o final da estação de cultivo no outono passado, NDMC's Fuchs said that its loss has not yet been strongly felt by the Drought Monitor mappers. "We would be looking for GRACE in the growing season, where soil moisture is pertinent to determining crops and vegetation, " he said. "In a couple more months, people will be asking, 'Where are these data?'"

Those people will most likely have their answer before the 2019 growing season, as GRACE Follow-On begins delivering monthly maps. Fuchs said, "If it's going to behave as GRACE did in the past, it will be a valuable asset."