Randall Bonnell (à esquerda), Estudante de doutorado na Colorado State University, e Lucas Zeller (à direita), Aluno de mestrado na Colorado State University, puxar o trenó GPR em Cameron Pass, Colorado. Crédito:Alex Olsen Mikitowicz.
Conforme a última neve derrete, As equipes SnowEx da NASA estão arrumando os sapatos de neve, esquis, e instrumentos científicos que usaram durante todo o inverno para estudar a neve nas montanhas e pradarias. Agora, eles estão voltando sua atenção para um tipo diferente de montanha - todos os dados que coletaram.
Este ano, As equipes SnowEx fizeram medições de neve em seis locais no oeste dos Estados Unidos, no solo e com drones e aviões voando no alto. Esta informação ajudará os cientistas a determinar a quantidade de água que a neve acumulada no inverno contém, que é crucial para a gestão de recursos hídricos para beber, agricultura, energia hidrelétrica, previsão de enchentes, gestão de secas e incêndios florestais e muito mais.
Além de estudar neve, Os pesquisadores do SnowEx também estão avaliando a precisão com que várias técnicas podem medir a neve em diferentes ambientes. No futuro, A NASA espera lançar um satélite dedicado a estudar a neve - e a água que ela armazena - do espaço, para entender como as mudanças na neve afetam as secas, incêndios florestais, e mais. Um dos principais objetivos da campanha de vários anos do SnowEx é descobrir quais instrumentos podem ser mais adequados para o trabalho.
"Não vamos resolver o problema de monitoramento de neve do espaço com uma tecnologia, "disse HP Marshall, professor associado da Boise State University e cientista do co-projeto do SnowEx 2021. "Uma grande parte do SnowEx é descobrir a melhor maneira de combinar o trabalho de campo, sensoriamento remoto, e modelagem em uma estrutura. "
Em 2020, a campanha SnowEx foi interrompida devido à pandemia de COVID-19 e a equipe não conseguiu terminar seus experimentos no ar. Para 2021, a equipe de ciência tinha três objetivos principais:conduzir uma série de tempo de observações do radar de abertura sintética interferométrica de banda L (InSAR) em diversas condições de neve, medir a refletividade da superfície da neve, e estudar a distribuição da neve em uma paisagem de pradaria.
Isis Brangers, um estudante visitante de doutorado da KU Leuven, na Bélgica, examina cristais de neve perto de Stanley, Idaho. Crédito:HP Marshall, Boise State University
Uma aeronave Gulf Stream 3, carregando o instrumento de radar de abertura sintética de veículo aéreo desabitado (UAVSAR) do Laboratório de propulsão a jato da NASA, sobrevoou sete locais no Colorado, Utah, Idaho e Montana de meados de janeiro até o final de março. UAVSAR é um InSAR de banda L, um tipo especial de radar, que SnowEx está usando para medir mudanças na massa da neve acumulada.
A massa da neve pode mudar drasticamente de um vôo UAVSAR para o próximo. Por exemplo, uma grande tempestade de neve pode despejar grandes quantidades de neve em uma área em um curto período de tempo. Parte da neve pode derreter ou sublimar - pulando a fase líquida e indo direto do estado sólido ao gasoso. Também pode ser redistribuído por ventos fortes.
A equipe SnowEx está testando o quão bem o sensor UAVSAR pode detectar essas diferentes mudanças na massa da neve. Resumir as mudanças na massa de neve durante a temporada de inverno ajudará a equipe a calcular quanta água é armazenada na neve sazonal, ou equivalente à água da neve (SWE). "Com UAVSAR, o que estamos vendo é a mudança no SWE de um voo para o outro, "disse Carrie Vuyovich, cientista chefe da neve para o Programa de Hidrologia Terrestre da NASA, no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.
Programado para 2022, A NASA e a Organização de Pesquisa Espacial da Índia (ISRO) planejam lançar o satélite NISAR para estudar as mudanças na superfície da Terra vistas do espaço. O NISAR carregará um instrumento de radar de banda L semelhante ao UAVSAR, e a equipe SnowEx está testando como eles podem usar as observações do NISAR para estudar a neve.
À medida que os aviões voavam, os cientistas coletaram dados no solo abaixo. Eles mediram as características da neve, como profundidade e densidade da neve, o tamanho dos grãos de neve individuais, temperatura, quão refletiva é a superfície da neve, e quanto da camada de neve é gelo, neve ou água líquida. A equipe coletou essas medições de poços de neve - buracos do tamanho de um carro cavados na neve. De dentro dos poços, os cientistas coletaram amostras em diferentes profundidades para ver como as características da camada de neve variavam de camada para camada.
Randall Bonnell e Lucas Zeller, alunos de pós-graduação na Colorado State University, coletar uma amostra de núcleo equivalente da neve-água no local em Cameron Pass, Colorado. Crédito:Dan McGrath, Colorado State University
Os observadores SnowEx também mediram a neve acumulada usando ferramentas de sensoriamento remoto baseadas no solo, semelhantes às usadas no ar e no espaço. Os dados coletados durante o SnowEx estão disponíveis publicamente no National Snow and Ice Data Center; mais conjuntos de dados são publicados a cada mês, à medida que cientistas de todo o país concluem o processamento de cada um dos conjuntos de dados brutos e verificam cuidadosamente se há erros.
Os cientistas em raquetes de neve ou esquis também usaram espectrômetros portáteis para medir o albedo, ou quão brilhante e reflexiva é a superfície da neve. Albedo desempenha um papel importante na rapidez com que a neve derrete. Depende de uma série de fatores, como o tamanho e a forma de cristais de neve individuais, quanto da neve já derreteu, e impurezas como poeira em cima da neve.
Do ar, pesquisadores mediram o albedo usando o instrumento Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Next Generation do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Comparar as medições aéreas e terrestres ajudará os cientistas a identificar como diferentes fatores contribuem para o albedo da neve.
Este ano, SnowEx adicionou um site em uma pradaria, que é uma paisagem importante, mas pouco estudada quando se trata de ciência da neve. Embora a quantidade de neve nas pradarias seja muito menor do que a que cai nas montanhas, "uma grande porcentagem da Terra coberta de neve é considerada pradaria. A neve nessas áreas é importante para a agricultura e contribui para as inundações, "disse Vuyovich.
Essas paisagens expostas costumam ter ventos fortes que movem a neve de uma área para outra, formando profundas nevascas em algumas áreas e deixando apenas uma leve camada de neve em outras. Por causa dessas variações, a equipe SnowEx queria ver como o sensoriamento remoto pode detectar essas grandes mudanças na cobertura de neve em curtas distâncias.
Todos os experimentos ocorreram sem problemas, apesar da pandemia, disse Marshall. “Sempre há desafios, " ele disse, citando riscos de hipotermia, avalanches e condições perigosas das estradas. "Mas o COVID foi um grande desafio adicional com o qual não estávamos acostumados." Para garantir que todos estivessem seguros, a equipe implementou testes de rotina COVID-19, máscaras, protocolos de distanciamento social, e passageiros limitados em veículos.
As equipes da SnowEx também recrutaram cientistas de neve locais para ajudar a coletar dados no campo. "Essas equipes foram fundamentais para tornar esta campanha um sucesso, "disse Vuyovich." Essa foi a única maneira de continuarmos o SnowEx neste inverno. "
Depois de um inverno de sucesso no campo, a equipe SnowEx está mudando seu foco de raquetes de neve e espectrômetros para laptops e computadores de alto desempenho. Em meados de julho, 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.
