Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo padá pod korunami stromů, což ztěžuje dálkové měření od sněhu padajícího na otevřený terén. SnowEx měří sníh jak ze země, tak ze vzduchu, aby tyto rozdíly zkoumal. Uznání: NASA / Jessica Merzdorf

Ať už jsou první sněhové vločky v zimě plné radosti nebo bodnutí, zimní sněžení je životně důležitým zdrojem vody pro pití, zemědělství a vodní energii pro více než 1 miliardu lidí po celém světě.

Aby mohli hydrologové a manažeři zdrojů naplánovat vodní hospodářství a připravenost na katastrofy po zbytek roku, potřebují vědět, kolik vody má sněhová pokrývka každou zimu. V současné době se pozemní nebo vzdušná pozorování tohoto měření, nazývaná ekvivalent sněhové vody nebo SWE (vyslovuje se jako „sladký“), shromažďují pouze na velmi omezeném počtu míst po celém světě. Ale, NASA doufá, že v budoucnu zahájí globální satelitní misi ke sledování tohoto cenného zdroje z vesmíru.

Aby vědci mohli navrhnout úkol, který dokáže měřit všechny sněhové vlastnosti, z nichž se skládá SWE, musí se rozhodnout, kterou kombinaci nástrojů použít, protože to nedokáže žádný jednotlivý přístroj. Připojte se k terénní kampani SnowEx NASA, která měří vlastnosti sněhu, jako je hloubka, hustota, velikost zrna a teplota, pomocí různých nástrojů na zemi i ve vzduchu. Potenciální globální zisková mise NASA bude kombinovat více nástrojů dálkového průzkumu Země, pozorování a modely v terénu a SnowEx objevuje tu nejlepší kombinaci pro tuto práci.


Pozemní a letecká kampaň NASA SnowEx je víceleté úsilí, které využívá různé techniky ke studiu vlastností sněhu, a tým zahájil nový rok terénních prací v lednu 2021. SnowEx se učí cenný vhled do toho, jak se vlastnosti sněhu liší v závislosti na terénu a ročním období, ale také testují nástroje, které bude NASA potřebovat k vzorkování sněhu z vesmíru. Uznání: Goddard Space Flight Center / Vědecké vizualizační studio NASA / Boise State University

Zvládání výzev měření

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro zařízení pro dálkový průzkum jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytí ve větvích nebo spadne pod pokrývku stromů, což ztěžuje dálkové měření od sněhu padajícího na otevřený terén.

SnowEx měří sníh ze země a ze vzduchu, aby tyto rozdíly zkoumal. Pozemní a letecké posádky provádějí podobná měření, aby porovnali své výsledky a měřili, jak fungují podobná zařízení za různých podmínek.

„Letecká pozorování nám umožňují simulovat pozorování dálkového průzkumu, která můžeme získat ze satelitu v různých rozlišeních a prostorových rozměrech, což nám umožňuje sbírat data s vysokým rozlišením na široké ploše,“ uvedla Carrie Vuyovich, vědecká pracovnice projektu SnowEx 2021. Vědec z pozemského hydrologického programu NASA a fyzik v Goddardově vesmírném letovém středisku NASA v Greenbeltu v Marylandu. „Pozemní pozorování nemají stejný prostorový rozsah, ale umožňují nám ověřit techniku ​​vnímání na více různých místech a malá stopa zjednodušuje interpretaci.“

Členové týmu SnowEx Megan Mason a Gabrielle Antonioli

Členové týmu SnowEx Megan Mason a Gabrielle Antonioli odebírají vzorky sněhu na jednom z výzkumných míst v roce 2021 přístupných pouze na lyžích. Uznání: NASA / Gabrielle Antonioli

Letos tým SnowEx nasadí vzdušný lidar, radarové a zobrazovací systémy pro měření hloubky sněhu, změn SWE a albedo na povrchu sněhu, přičemž bude shromažďovat podobná a doplňková data ze stejných míst na zemi, aby bylo možné porovnat a ověřit výsledky. . Albedo je poměr energie přicházející ze Slunce odraženého od povrchu a je kritickým sněhovým prvkem pro modelování taveniny.

Kampaň SnowEx 2021 má tři hlavní cíle. Prvním cílem je opakovat časovou řadu anténního měření InSAR v krátkém pásmu L-pásma. COVID-19 (InSAR je radarová technika, která odhaduje hloubku sněhu podobně jako lida a sleduje, jak dlouho trvá radarovým pulzům cestovat z letadla na dno sněhové pokrývky.) Letos neobydlený anténní anténní vůz s radarem (UAVSAR) společnosti Jet Propulsion Laboratory zařízení bude spuštěno od poloviny ledna do března. Bude létat každý týden s letounem Gulf Stream 3 (G-3) na každém ze svých šesti míst v Idaho, Utahu, Coloradu a Montaně až do konce.

V roce 2022 zahájí NASA a Indická organizace pro vesmírný výzkum (ISRO) vesmírnou misi InSAR NISAR ke studiu zemského povrchu, včetně půdy, vody, ledu a dalších. Objevy InSAR společnosti SnowEx budou informovat o budoucím výzkumu zisku pomocí NISAR a dalších radarových misí. Tým použije lidar k ověření měření InSAR v zemi.

Za druhé, tým použije ke studiu albeda spektrometr, přístroj, který měří intenzitu viditelného a infračerveného záření jako funkci vlnové délky. Měření Albeda pomocí spektrometrů je součástí studie NASA Surface Biology and Geology (SBG), která vyvíjí výzkumné iniciativy pro lepší pochopení zemských a vodních ekosystémů Země jako součást desetiletého průzkumu Národních akademií věd, inženýrství a medicíny. Toto je první rok, kdy se SnowEx přímo zaměřil na vysoce kvalitní pozorování albeda a během období tání se zaměří na zalesněný strmý terén. Tým bude létat s Aerial Visible / Infrared Imaging Spectrometer-Next Generation nebo AVIRIS-NG na dvou místech v Coloradu, aby shromáždil tato pozorování.

Třetím cílem pro rok 2021 je prozkoumat sněhové prvky v lučních krajinách. Měření sněhu na loukách za použití stejných přístupů jako v horách je obtížné kvůli jejich mělčím hloubkám.

„Krajiny jsou popisovány jako mezera v našich schopnostech dálkového průzkumu Země,“ řekl Vujovič. Podklad – půda pod ním – ovlivňuje signály a schopnost měřit mělký sníh. Kromě toho se prostorové rozložení sněhu v tomto prostředí liší od ostatních prostředí a může být obtížné jej měřit a ověřit. Vítr hraje důležitou roli při přerozdělování sněhu v terénu, který zahrnuje pole, plodiny, strniště a příkopy a zanechává hluboké závěje a holé skvrny. “

Týmy vykopávají na zemi sněhové jámy (díry ve sněhu dosahující až k zemi) a měří hloubku sněhu, obsah vody, teplotu, odraz a velikost zrna ve stěnách jámy. Ostatní členové posádky na lyžích nebo na sněžnicích provádějí ruční měření hloubky sněhu a albeda pomocí polních spektrometrů. Pomocí sněhového mikropenetrometru poskytují měření síly hrotu sondy podrobné profily tvrdosti sněhu a mikrostruktury. Pozemní personál také používá radar k rychlému měření toho, jak se mění sněhové charakteristiky v typické oblasti obrazových bodů satelitního snímače. Radarové systémy jsou namontovány na sněžných skútrech nebo taženy během lyžování.

“Letos máme několik nových nástrojů, jako jsou průzkumy vrtulníků a lidarů založené na UAV, které nám umožňují přizpůsobit se počasí a sladit tyto kalibrační a ověřovací průzkumy s palubním radarem.” „Nízkorozpočtové letové platformy umožňují častější průzkumy v konkrétní oblasti než letadlo s pevnými křídly, což je důležité pro experiment s časovými řadami,“ řekl HP Marshall, docent na Boise State University a vědecký pracovník projektu SnowEx 2021. . Lidar ve vzduchu funguje tak, že odráží laserové pulsy od povrchu a měří čas potřebný k návratu pulzu. Lidar sleduje rozdíly v načasování v celé krajině a vytváří trojrozměrný obraz výšky a struktury povrchu pod ním. Vědci mohou vypočítat hloubku sněhu porovnáním měření lidaru ve stejné oblasti, když sněží, s průzkumy, pokud není sníh.

Kromě shromažďování pozorovacích údajů pomáhá modelářský výzkum společnosti SnowEx týmu vidět, jak se sníh mění v různých terénech a časech.

Člen týmu SnowEx McKenzie Skiles

Člen týmu SnowEx McKenzie Skiles, odborný asistent na univerzitě v Utahu, používá hyperspektrální zobrazovač ke studiu světla odraženého od povrchu sněhu. To dává týmu důležité informace o složení sněhu a velikosti částic. Uznání: NASA / McKenzie Skiles

„Vyplňuje mezery v modelování, dálkovém průzkumu Země a pozemních pozorováních,“ řekl Marshall. “V oblastech, které se obtížně měří, jako jsou lesy, mohou modely pomocí pozorování pomocí dálkového průzkumu Země v otevřených oblastech identifikovat vzorce srážek, což umožňuje předpovědi vlastností sněhových lesů. Některé přístupy dálkového průzkumu Země k měření hloubky, jako je Lidar, také vyžadují modely pro odhad hustoty sněhu, aby bylo možné hloubku převést na SAD. Mezi akvizicemi dálkového průzkumu modely pokračují v simulaci sněhových podmínek. Tyto modely lze průběžně aktualizovat, když jsou k dispozici dálkový průzkum a pozemní pozorování sněhových charakteristik a všude – všechny tři přístupy společně poskytují nejlepší odhady sněhových podmínek.

„Lidé používají modely z různých důvodů,“ řekl Vuyovich. “Vodohospodáři mohou k rozhodování použít modely.” Terrestrial Hydrology Program NASA a úsilí SnowEx pomohou navrhnout, co od satelitu potřebujeme: jaké pokrytí, časová frekvence, přesnosta je vyžadováno řešení. Modely nám také mohou pomoci vyplnit mezery, na které můžeme narazit mezi vesmírnými pozorováními. “

Navigace v nerovném terénu

V stupňovité složce každé kampaně shromažďují týmy SnowEx v zařízeních na západě USA týdenní sněhová data od prosince do května. Za normálních okolností je toto úsilí přerušeno intenzivním dvou nebo třítýdenním obdobím intenzivního sběru dat ve větší oblasti než v jiných oblastech v terénu. Ale kvůli ochraně týmů během probíhající pandemie COVID-19 bude letošní kampaň zahrnovat pouze časové řady. V každé oblasti, jen 2 hodiny jízdy od jejich domovské základny, budou místní týmy shromažďovat pozemní pozorování v omezené oblasti, aby eliminovaly potřebu přenocování nebo shromažďování ve velkých skupinách.

„Je to epidemický svět a děláme téměř hodně,“ řekl Marshall. “Jsem nadšený, že to dokážeme, máme místní polní posádky, které to dokážou bezpečně a stále můžeme jet ve sněhu.” Naše specializované místní terénní týmy jsou složeny ze studentů a výzkumných pracovníků z mnoha různých vládních laboratoří a univerzit a jsou každý den ve stejný den jako jednotlivé lety. “

Po většinu let spolupracují NASA a SnowEx s místními školami a organizacemi na podpoře vědeckých snah občanů a vzdělávacích příležitostí, ale letos se tyto akce uskuteční prakticky prostřednictvím blogů, videí a vzdáleného sběru dat. Hlavním kontaktním partnerem společnosti SnowEx je Winter Wildlands Alliance SnowSchool, celonárodní program se 70 místy, který oslovuje 35 000 studentů K-12. V letošním roce vyvinuli virtuální vědecké akce o sněhu a probíhající akce pro školy, které byly v minulosti ve Sněhové škole, aby studenti K-12 poznávali sníh během pandemie.

„Jsme nadšení, že se to děje,“ řekl Vujovič. “Se všemi těmito výzvami jsme nadšeni, že lidé budou na hřišti, a můžeme pokračovat v pohybu vpřed.” Možná zde v DC nevidím velký zisk, takže budu žít nepřímo prostřednictvím těchto fotek a blogů. “

Chcete-li sledovat SnowEx 2021 v terénu, sledujte https://blogs.nasa.gov/earthexpeditions/.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.