O "megadrought" que está afetando o sistema do rio Colorado neste ano foi devastador para os 40 milhões de pessoas que dependem dele para obter água. Mas essa seca poderia ter sido prevista? Seremos capazes de prever o próximo?

Bacias hidrográficas nas montanhas fornecem 60 a 90% dos recursos hídricos em todo o mundo, mas ainda há muito que os cientistas não sabem sobre os processos físicos e as interações que afetam a hidrologia nesses ecossistemas. E assim, os melhores modelos de computador do sistema terrestre lutam para prever o momento e a disponibilidade dos recursos hídricos provenientes das montanhas.

Agora, uma equipe de cientistas do Departamento de Energia dos EUA liderada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) visa preencher essa lacuna, com uma campanha ambiciosa para coletar uma vasta gama de medições que permitirão aos cientistas compreender melhor o futuro da água no Ocidente. A campanha do Laboratório de Campo Integrado da Atmosfera de Superfície (SAIL) começará em 1º de setembro, quando os cientistas ligam uma série de máquinas que foram acumuladas na Bacia do Alto Rio Colorado.

Ao longo de duas quedas, dois invernos, duas molas, e um verão, mais de três dezenas de instrumentos científicos, incluindo uma variedade de radares, lidars, máquinas fotográficas, balões, e outros equipamentos de última geração - irão coletar um tesouro de dados sobre precipitação, vento, nuvens, aerossóis, energia solar e térmica, temperatura, umidade, ozônio, e mais. Esses dados podem ser usados ​​para turbinar as capacidades dos modelos do sistema terrestre e responder a muitas perguntas científicas sobre como, porque, Onde, e quando a chuva e a neve cairão. Em estreita colaboração com pesquisadores especializados em superfície e subsuperfície da Terra, a campanha SAIL ajudará a comunidade científica a entender como as montanhas extraem umidade da atmosfera e, em seguida, processam a água até o leito rochoso abaixo da superfície da Terra. Em última análise, isso fornecerá as ferramentas para os cientistas preverem melhor a disponibilidade futura de água.

"O Alto Rio Colorado gera mais de US $ 1 trilhão em atividades econômicas e fornece uma imensa quantidade de energia hidrelétrica, mas é muito pouco estudado em comparação com o quão importante é, "disse o cientista do Berkeley Lab Daniel Feldman, o investigador principal do SAIL. "Estamos começando a ver consequências realmente dramáticas das mudanças nos recursos hídricos, mas os detalhes do que realmente está acontecendo nesses lugares de onde vem a água - esses detalhes importam, e é nisso que o SAIL se concentra. "

Do Ártico às Montanhas Rochosas

SAIL é uma campanha de pesquisa gerenciada pela instalação de usuário de Medição de Radiação Atmosférica (ARM) do DOE, um contribuidor importante para a pesquisa climática com seus observatórios climáticos fixos e móveis localizados nos Estados Unidos e em todo o mundo. Grande parte do equipamento usado no SAIL acaba de retornar de uma expedição ao Ártico de um ano.

"SAIL é uma campanha oportuna por causa da seca em curso no oeste dos Estados Unidos, "disse Sally McFarlane, DOE Program Manager para a facilidade de usuário ARM. "O rio Colorado é particularmente preocupante porque fornece água para 40 milhões de pessoas. O SAIL está reunindo dados do ARM e outros programas de pesquisa do DOE para ajudar a fornecer informações sobre os processos atmosféricos e as interações terra-atmosfera que afetam a chuva e a neve na bacia hidrográfica do alto rio Colorado. "

SAIL é verdadeiramente amplo, esforço colaborativo. ARM é co-gerenciado por nove laboratórios nacionais do DOE; O Laboratório Nacional de Los Alamos lidera o gerenciamento geral e as operações do observatório móvel ARM, enquanto cientistas de vários outros laboratórios DOE, incluindo Argonne, Brookhaven, Noroeste Pacífico, e Oak Ridge National Labs, trabalha em estreita colaboração com Los Alamos e Berkeley Lab para apoiar a ciência e as operações do SAIL. Vários pesquisadores universitários da Colorado State University, UC Berkeley, UC Irvine, UC Davis, Oregon State University, Indiana University, Pennsylvania State University, Universidade de Utah, Desert Research Institute, e a Boise State University também estão envolvidas na pesquisa.

A maioria dos instrumentos está alojada em grandes recipientes localizados na pitoresca cidade montanhosa de Gothic, Colorado, uma antiga cidade de mineração perto de Crested Butte, Colorado. A instalação é hospedada pelo Laboratório Biológico das Montanhas Rochosas, que se dedica à pesquisa em ecossistemas de alta altitude. Uma equipe de três técnicos monitorará os instrumentos 24 horas por dia.

"Esta é uma oportunidade profunda e incrivelmente única e representa um experimento inédito em sistemas montanhosos em todo o mundo, unindo os processos desde a atmosfera até o alicerce, "disse o cientista do Berkeley Lab Ken Williams, o principal pesquisador local do SAIL.

SAIL science:melhores modelos para responder a perguntas difíceis

Ter este volume de dados em uma ampla gama de escalas espaciais e temporais permitirá aos cientistas começar a entender os processos físicos que podem afetar a hidrologia da montanha e responder a perguntas como a poeira, incêndios, seca quente, mortalidade de árvores, e outros fenômenos podem afetar a bacia hidrográfica. Em última análise, os dados serão alimentados em modelos do sistema terrestre para que eles possam "obter o equilíbrio hídrico certo".

"Nossos modelos que prevêem como será a água no futuro - sua resolução agora é de cerca de 100 quilômetros [62 milhas], mas há muita atividade acontecendo em 100 quilômetros, muita variabilidade do terreno, muitas diferenças na precipitação, e processos de superfície e subsuperfície, "Feldman disse." Então, realmente a questão é, quais são todos os detalhes necessários para esses modelos grandes, para que possamos obter o equilíbrio hídrico certo? E é por isso que isso é realmente empolgante - estaremos medindo as entradas e as saídas em um nível fundamental para desenvolver um conjunto de dados de referência para a comunidade científica avaliar e melhorar seus modelos. "

O programa Atmospheric System Research (ASR) do DOE trabalha em estreita colaboração com a ARM para melhorar a compreensão dos principais processos que afetam o equilíbrio radiativo da Terra e o ciclo hidrológico.

"Os projetos de pesquisa ASR durante a campanha SAIL nos ajudarão a aprender mais sobre a nuvem, aerossol, precipitação, e processos de radiação que afetam o ciclo da água na bacia hidrográfica do alto rio Colorado, "disse Jeff Stehr, um gerente de programa DOE para ASR. "Em última análise, este trabalho nos ajudará a melhorar os modelos climáticos para que possam ser usados ​​para melhor compreender, prever, e planejar ameaças aos recursos hídricos no oeste árido e globalmente. "

O SAIL aproveita os esforços substanciais que o Berkeley Lab já empreendeu nesta área:tem conduzido estudos de campo na bacia hidrográfica do Rio East na Bacia de Gunnison Superior do Colorado desde 2014, como parte do projeto Watershed Function Scientific Focus Area financiado pelo DOE. SAIL vai construir sobre esse esforço de pesquisa, reunindo uma ampla gama de disciplinas científicas para criar o primeiro laboratório de campo integrado de rocha à atmosfera do mundo.

“Ter hidrólogos trabalhando com cientistas do processo de precipitação, pesquisadores de aerossol trabalhando com pesquisadores de processo de neve, essa é uma parte muito importante aqui, e é único e emocionante, "Feldman disse.

Algumas das questões práticas que a campanha SAIL pode ajudar a responder incluem:

• Como planejamos um futuro de neve baixa ou queda de neve transformando-se em chuvas? "Nosso planejamento para o Rio Colorado é amplamente baseado em padrões climáticos históricos que podem estar mudando, da neve à chuva, "Feldman disse.
• Como as atividades e distúrbios na floresta afetam a qualidade e disponibilidade de água? "Não se trata apenas do volume total de água que sai desses sistemas, "Williams disse." Também veremos como as atividades terrestres - como incêndios florestais e manejo florestal - afetam as concentrações de constituintes na água e a qualidade geral da água. "
• As barragens transbordarão? O Bureau of Reclamation dos EUA, a agência federal encarregada de gerenciar barragens no oeste dos EUA, usará os novos dados provenientes do sistema de radar para ajudar nas operações controladas de barragens e reservatórios. Feldman observou:"Houve algumas situações bastante assustadoras que surgiram quando a chuva caiu sobre a neve. O desastre da represa de Oroville [na Califórnia em 2017] é apenas um de muitos exemplos."

Adicionalmente, um dos radares meteorológicos estará localizado em uma área de esqui de propriedade da Vail Resorts, um importante resort de esqui do Colorado, o que poderia beneficiar entusiastas de atividades ao ar livre, bem como cientistas. E a pesquisa também será útil para organizações como concessionárias de água e o Bureau of Reclamation que estão experimentando tecnologias de modificação do clima, como a semeadura de nuvens.

Outras agências federais aderem ao movimento

Todos os dados coletados pelo SAIL serão disponibilizados gratuitamente aos pesquisadores. O que mais, um grupo de pesquisadores de outras agências federais está realizando campanhas de campo na área com esforços de pesquisa complementares.

A Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), uma agência do Departamento de Comércio, lançou um projeto chamado SPLASH, ou o Estudo de Precipitação, a Baixa Atmosfera e Superfície para Hidrometeorologia, para melhorar a previsão do tempo e da água nas montanhas do Colorado e além. Também fará co-observações atmosféricas detalhadas na área de estudo do SAIL.

The U.S. Geological Survey (USGS), uma agência do Departamento do Interior, desenvolveu um Sistema de Observação de Água de Próxima Geração (NGWOS) do Upper Colorado para fornecer dados em tempo real sobre a quantidade e qualidade da água de maneiras mais acessíveis e rápidas do que anteriormente possível, e em mais locais.

"É muito raro para uma única questão de pesquisa, o futuro da água no Ocidente, para integrar as atividades de pesquisa dos investigadores em várias agências federais, "Williams notou.

Mas a escala do desafio, e a perspectiva de um futuro com pouca ou nenhuma neve, exige nada menos do que uma resposta direta dos cientistas. "Precisamos entender a gama de riscos que enfrentamos no futuro, "Feldman disse." O termo 'futuro não analógico' é muito importante para nós. "