Flocos de neve que cobrem montanhas ou permanecem sob as copas das árvores são um recurso vital de água doce para mais de um bilhão de pessoas em todo o mundo. Para ajudar a determinar quanta água doce é armazenada na neve, uma equipe de pesquisadores financiados pela NASA está criando uma ferramenta baseada em computador que simula a melhor maneira de detectar neve e medir seu conteúdo de água do espaço.

O conteúdo de água da neve, ou equivalente à água da neve (SWE) é um "Santo Graal para muitos hidrologistas, "disse Bart Forman, o investigador principal do projeto e um professor da Universidade de Maryland, College Park. Quando a neve derrete, a poça d'água resultante é o seu SWE.

No oeste dos Estados Unidos, a neve é ​​a principal fonte de água potável e a água da neve é ​​um dos principais contribuintes para a geração de energia hidrelétrica e agricultura.

Algumas mudanças nos padrões de queda de neve são indicadores de mudanças climáticas. Por exemplo, temperaturas mais altas fazem com que a água caia como chuva em vez de neve. Como resultado, algumas montanhas não são capazes de reter a água na forma de neve como costumavam fazer, o que significa que a chuva inunda os rios e as inundações são mais intensas. Quando a temporada de cheias acaba, as secas podem ser mais severas.

A nova abordagem de Forman segue os esforços da NASA para estudar SWE de satélites, aviões e o campo. O espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada (MODIS) é um instrumento a bordo de dois satélites que captura imagens diárias da Terra. O MODIS pode identificar terrenos cobertos de neve e gelo em lagos e grandes rios. A missão Global Precipitation Measurement (GPM), uma constelação internacional de satélites, pode observar chuva e neve caindo em todo o globo a cada duas a três horas.

Além de observações baseadas no espaço, A NASA realiza uma campanha mais perto de casa chamada SnowEX. A campanha é um programa de cinco anos que inclui observações aerotransportadas e, em seguida, trabalho de campo para revelar o que os esforços de satélite não fazem. O SnowEX permite que os pesquisadores examinem terrenos complexos que podem ser difíceis de caracterizar do espaço. A campanha do próximo inverno vai colaborar com o Observatório Aerotransportado de Neve, que mede a profundidade e as características da neve.

A importância da neve e sua água

"Adoraríamos ter um mapa global de SWE, "disse Edward Kim, um cientista pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Contudo, não há uma técnica única que possa medir o SWE globalmente porque as propriedades da neve variam dependendo de onde ela cai, Kim disse. Muitas vezes forma uma camada mais profunda nas florestas, onde é protegido do Sol, mas mantém um perfil mais raso na tundra e na pradaria, onde fica exposto ao vento e a altas temperaturas.

A neve muda de forma à medida que cai na superfície e, a seguir, continua a mudar em seu local de repouso. Sua forma pode determinar qual sensor é capaz de observá-lo, Kim disse, adicionando outra complexidade ao SWE estimado.

A nova ferramenta de Forman e sua equipe irá determinar a combinação mais eficaz de sensores baseados em satélite para produzir o máximo de dados. "A ferramenta nos mostrará como fazer escolhas inteligentes sobre como combinar sensores, "Kim disse.

Uma história de diferentes sensores

A ferramenta avalia três tipos diferentes de sensores orbitais da Terra:radar, radiômetro, e lidar.

A equipe analisou as informações de radar e radiômetro de sensores existentes, como o radiômetro Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2). O sensor foi lançado como uma parceria liderada pela Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) para capturar as emissões de microondas da superfície e da atmosfera da Terra. Tem como objetivo identificar a cobertura de neve, temperaturas da superfície do mar, umidade do solo e outros fatores críticos para a compreensão do clima da Terra.

Para observações de radar, a equipe incluiu dados dos satélites Copernicus Sentinel 1A e 1B da Agência Espacial Europeia (ESA), que monitoram as superfícies terrestres e oceânicas.

Além de incluir sensores de radar e radiômetro, que atualmente monitoram a neve do espaço, a simulação da nova ferramenta inclui lidar; lidar voou a bordo de aviões para medir a neve em áreas específicas. Por exemplo, a campanha SnowEx e o Observatório Aerotransportado de Neve da NASA usam lidar para determinar a profundidade da neve e o SWE. "Podemos ajudar a explorar a questão, E se tivéssemos uma missão de satélite de observação centrada na neve no espaço? ”, disse Forman.

De supercomputadores e satélites

"Para fazer tudo isso, você tem que usar supercomputadores, "Forman disse. Especificamente, o Discover Supercomputer em Goddard e o cluster Deepthought2 High-Performance Computing na Universidade de Maryland.

Uma vez que os dados dos diferentes sensores estão na ferramenta de simulação, a equipe é capaz de realizar experimentos que incluem diferentes cenários, como colocar um satélite em uma órbita contra outra, ou ter um satélite olhando para uma faixa larga versus uma faixa estreita da Terra. Com este conjunto de experimentos, eles podem comparar o desempenho de uma determinada combinação em comparação com um cenário de referência, Forman disse.

Como uma regra geral, com mais satélites em órbita, cientistas teriam dados de maior qualidade, Forman disse. Contudo, "Nós podemos pergutar, qual seria o ganho marginal se tivéssemos mais um radiômetro? ”, disse Forman.

A nova ferramenta de simulação de detecção de neve ajudará a criar uma estratégia de observação de neve baseada no espaço para entender melhor este recurso vital de água doce. O simulador será usado para "continuar a fazer perguntas sobre o que deve ser a seguir e como devemos estar planejando em 20 anos ou mais, "Forman disse.

Esta nova ferramenta de simulação de neve é ​​financiada pelo Earth Science Technology Office da NASA.