É a época mais maravilhosa do ano - a época em que a campanha SnowEx da NASA atinge os céus e o solo dos lugares nevados do mundo, medir as propriedades da neve para entender quanta água é contida pela queda de neve de cada inverno.

A neve é ​​uma fonte vital de água para beber, agricultura e energia elétrica no oeste dos Estados Unidos e em outros locais do mundo. Para saber quanta água estará disponível na primavera seguinte, gerentes de recursos hídricos e hidrólogos precisam saber onde a neve caiu, quanto existe e como suas características mudam conforme ele derrete. Medindo o equivalente da água da neve, ou SWE, informa quanta água está contida na neve.

A NASA atualmente não tem missão global de satélite para rastrear e estudar o SWE. Medidas de SnowEx aerotransportadas, medições do solo e modelagem por computador estão abrindo o caminho para o desenvolvimento futuro de uma missão global de satélite de neve. Aqui estão algumas coisas que eles estarão observando na campanha de 2020.

No ar …

A neve é ​​difícil de medir porque suas características mudam dependendo do terreno em que cai, quão profundo é e se está derretendo. Nenhuma ferramenta ou medida pode medir todos os tipos de neve o tempo todo, a equipe disse.

"As lacunas de pesquisa em sensoriamento remoto de neve podem ser agrupadas por classes de clima de neve - neve de tundra, neve nas florestas, neve em áreas marítimas - e como a neve evolui ao longo do tempo, "disse Carrie Vuyovich, um cientista pesquisador do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland e o atual vice-cientista de projetos do SnowEx 2020. "Diferentes características da neve afetam as medições de maneira diferente."

Rastrear o equivalente da água da neve (SWE) ao longo da temporada ajuda os hidrólogos e gestores de recursos hídricos a saber qual água estará disponível quando derreter na primavera, bem como planejar possíveis inundações ou secas.

"Não é tanto a profundidade da neve - essa é a medida com a qual a maioria das pessoas provavelmente está familiarizada, "disse Ed Kim, um cientista pesquisador em Goddard e ex-cientista do projeto SnowEx. "Você sabe, no inverno, se nevar e você tiver que limpar a entrada da garagem, você quer saber quantos centímetros de neve precisa remover. Mas estamos atrás do equivalente à água:quanta água essa neve representa e o que ela significa para inundações e secas. "

A campanha aérea SnowEx voará radar e lidar (detecção e alcance de luz) para medir a profundidade da neve, radar de microondas e radiômetros para medir SWE, câmeras ópticas para fotografar a superfície, radiômetros infravermelhos para medir a temperatura da superfície, e imagens hiperespectrais para documentar a cobertura e a composição da neve. Alguns desses instrumentos funcionam melhor do que outros em diferentes tipos de terreno, vegetação e condições de neve, e ver onde e quando cada um tem o melhor desempenho ajudará os cientistas da neve a decidir como diferentes combinações de instrumentos forneceriam medições úteis para uma missão de satélite em potencial.

O SnowEx 2020 testará primeiro os instrumentos perto de Grand Mesa, Colorado, que inclui neve plana e floresta. A campanha deste ano também incluirá uma série temporal de voos pelo Colorado, Utah, Idaho e Califórnia enquanto a neve derrete na primavera, documentar mudanças entre locais e estações. A equipe iniciou os voos em dezembro de 2019 e terminará em maio de 2020.

"A última campanha foi um instantâneo no tempo, "disse Vuyovich." Não vimos muitas mudanças nas condições de neve durante o período de três semanas em 2017, e algumas técnicas em que estamos interessados ​​em usar um método de detecção de alterações. "

A campanha de série temporal testará e validará um método de medição de SWE usando radar interferométrico de abertura sintética de banda L (InSAR), medido com o instrumento UAVSAR do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

"O instrumento UAVSAR é muito confiável - ele costuma voar para aplicações sem neve, como deformação da superfície da terra após terremotos ou vulcões, "disse HP Marshall, um professor associado da Boise State University, Idaho e pesquisador do Laboratório de Engenharia e Pesquisa de Regiões Frias do Exército dos EUA, e cientista do projeto SnowEx 2020. "Em nossos testes preliminares em 2017, obtivemos alguns resultados bastante promissores que se correlacionam com a profundidade da neve e SWE, mas não houve uma grande mudança, portanto, não poderíamos testar em uma ampla gama de condições. Em 2020, faremos medições InSAR semanais a quinzenais durante um experimento de série temporal, de condições sem neve até a transição para a neve úmida da primavera. "

O SnowEx também testará o Radar e Radiômetro de Abertura Sintética Equivalente à Água da Neve (SWESARR). SWESARR foi desenvolvido na NASA Goddard, e sua combinação de medições de microondas ativas e passivas permite medir as características da neve, bem como do solo por baixo, o que pode afetar o sinal de microondas.

SnowEx inclui parceiros de universidades, instituições privadas e outras agências governamentais que trazem conhecimentos e instrumentos adicionais - como o instrumento gama aerotransportado da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional e o radar FMCW da Universidade do Alabama. Esses instrumentos não podem ser usados ​​no espaço, mas eles ajudarão a comunidade de ciência da neve a avançar sua compreensão da neve em várias condições.

A equipe também irá comparar seus dados com o ICESat-2 da NASA e os satélites Sentinel 1A e 1B da Agência Espacial Europeia, e imagens ópticas de alta resolução da NASA WorldView e empresas privadas de imagem.

... e no chão

Para saber se seus algoritmos são precisos, a equipe também coleta dados no local. As equipes de solo do SnowEx 2020 irão medir a profundidade da neve, densidade, camadas de acumulação, temperatura, umidade e tamanho do grão da neve - o tamanho de uma partícula típica. Medir essas características permite que eles vejam como diferentes locais e características no solo afetam os dados aerotransportados.

Este ano, a modelagem por computador em tempo real também será integrada à campanha.

"Nosso grupo de modelagem de neve tem trabalhado para entender onde vemos a maior incerteza nas simulações de modelo de SWE, "disse Vuyovich. Aqui, "incerteza" refere-se à gama de estimativas de uma série de simulações. A equipe montou um conjunto de 12 membros de diferentes modelos e dados atmosféricos para simular nove anos de temporadas de neve na América do Norte, identificar áreas onde a incerteza era maior.

"Avaliar os dados em tempo real nos ajudará a entender o que está causando a incerteza." Vuyovich disse. "Próximo, vamos começar a ver como a assimilação de diferentes observações de sensoriamento remoto pode ajudar a melhorar nossas estimativas. "