Los científicos de la NASA están probando una tecnología que podría medir con mayor precisión el agua almacenada en la nieve vista desde un satélite en órbita.
La nieve derretida proporciona gran parte del agua de la que depende el oeste de Estados Unidos para la agricultura y la energía. Pero los inviernos más cálidos debido al cambio climático provocaron una disminución de las acumulaciones de nieve estacionales en lo alto de las Montañas Rocosas y Sierra Nevada. Eso, a su vez, afecta el volumen de agua que viaja río abajo para regar los cultivos y hacer funcionar las turbinas hidroeléctricas.
“Si se elimina la capa de nieve estacional, básicamente se pueden olvidar todos los productos agrícolas que cultivamos en California, que alimentan a una gran parte de este país”, dijo Batuhan Osmanoglu, científico investigador físico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt. , Maryland. Osmanoglu es el investigador principal del instrumento radiómetro y radar de apertura sintética equivalente a agua de nieve, o SWESARR, construido para rastrear la cantidad de agua en esas capas de nieve estacionales desde arriba.
Batuhan Osmanoglu mira por la ventanilla del avión SnowEx sobre Alaska.Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Originalmente financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Interno de Goddard, o IRAD, su equipo voló su instrumento en un avión Twin Otter en 2020 y a principios de este año mientras sus colegas medían la capa de nieve en el suelo. Planean volar sobre las mismas áreas cuando la capa de nieve alcance sus niveles más bajos en octubre. “Vimos la señal máxima de la nieve”, dijo Osmanoglu. “Ahora nos interesa el mínimo. La observación de ambas condiciones nos permitirá mejorar nuestros algoritmos”.
Este mapa muestra cuánta agua obtendría si toda la nieve de un área se derritiera a la vez, medido el 1 de abril de 2023. La acumulación de nieve fue particularmente alta en las Sierras del sur: cuatro veces el promedio del 1 de abril.Créditos: Crédito: Noah Molotch, Instituto de Investigación Ártica y Alpina y JPL
Medir el terreno cuando hay poca o ninguna nieve ayudará a perfeccionar aún más su capacidad para medir el agua en la nieve.
Calcular cuánta agua contiene un volumen determinado de nieve no es sencillo, dijo Osmanoglu, ya que la densidad de la nieve puede variar desde principalmente aire hasta principalmente agua.
“Si tienes nieve en tu patio trasero, tomas un vaso y lo llenas con nieve, ¿está el vaso lleno o medio lleno cuando se derrite?” dijo Osmanoglu. La prueba de derretimiento funciona bastante bien después de una nevada en el patio trasero donde la densidad de la nieve es uniforme. Pero en toda una cadena montañosa durante un invierno completo, la densidad varía mucho. Para realizar esas mediciones, los científicos necesitan un método diferente y un punto de vista más alto.
El instrumento SWESARR combina dos técnicas para ofrecer una sensibilidad mejorada con respecto a la tecnología anterior: SWESARR hace rebotar sus propios pulsos de radar en el suelo, midiendo su señal de retorno, además de capturar señales de microondas naturales emitidas por la nieve.
La nieve absorbe algunas de las señales de radar de SWESARR. Los científicos miden cuánta señal regresa versus cuánta es absorbida por la nieve para calcular la cantidad de agua que contiene.
La nieve es fría, pero aún lo suficientemente cálida como para emitir microondas que un radiómetro puede detectar. Los científicos miden la “temperatura de brillo” de la energía emitida por la nieve y la comparan con la del suelo sin nieve para calcular el agua en la capa de nieve.
Con la combinación de las dos técnicas de medición, “básicamente se obtiene un rango más amplio de valores equivalentes de agua de nieve que se pueden medir”, dijo Osmanoglu. “Y también existe el beneficio de que estas mediciones se confirman entre sí utilizando dos físicas diferentes”.
Ambas tecnologías tienen compensaciones. Los radiómetros se han utilizado para este tipo de análisis durante mucho tiempo y son buenos para medir profundidades de nieve de poca a media, mientras que el radar proporciona una resolución más alta y puede penetrar más profundamente en la capa de nieve. Pero los radiómetros pueden tener dificultades cuando el terreno montañoso también está densamente cubierto de bosques. “Es difícil decir qué parte de la señal proviene realmente de la nieve y qué parte proviene de la vegetación, porque ésta también emite señales”, dijo Osmanoglu.
https://www.youtube.com/embed/E0XnW_41bnk?rel=0SWESARR voló por última vez como parte de la campaña SnowEx Tundra y Boreal Forest de la NASA sobre Alaska en marzo, durante condiciones de mucha nieve. Planean volar el instrumento sobre los mismos sitios en Alaska en octubre durante condiciones de poca nieve para comparar las mediciones y mejorar aún más la precisión de SWESARR.Créditos: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA / Estudio de visualización científica
El radar es un poco mejor para discernir características más pequeñas como árboles, pero las mediciones no son perfectas. Las longitudes de onda del radar son aproximadamente del largo de las ramas de hoja perenne, lo que significa que las señales rebotan en lugar de penetrar a través de los árboles hasta el suelo donde está la nieve.
Para abordar esos desafíos, el equipo de Osmanoglu combina cuatro modelos informáticos para generar paisajes simulados de bosques y nieve y mostrar lo que SWESARR vería en esos entornos. Con la simulación espera mejorar los métodos para detectar nieve a través de pequeños huecos en las copas de los bosques antes de realizar más vuelos de prueba.
“Tenemos los árboles, tenemos la nieve y tenemos los simuladores, por lo que podemos ver qué tipo de señales deberíamos recibir”, dijo Osmanoglu. “Estás tratando de ver, ¿cuál es la apertura del dosel? ¿Podemos hacer una observación de la nieve bajo el dosel?
El instrumento SWESARR está en buen estado y ha funcionado bien en sus vuelos. Mejorar los algoritmos de medición es el siguiente paso, dijo Osmanoglu, hacia el eventual sueño de poner algo como SWESARR en un satélite, un punto de vista desde el cual se podría estimar la cantidad de agua en los mantos de nieve en todo el mundo.