De snötäckta bergen i Colorado och Utah innehåller biljoner liter vatten lagrat i form av snö. Smältvatten från denna snö kommer så småningom att rinna in i Coloradofloden, levererar välbehövligt vatten till sju västerländska stater och 33 miljoner människor. Att noggrant förutsäga vatten från snösmältning är avgörande för regionen, och jordobservationssatelliter kan hjälpa. Kredit:iStock
När Michelle Stokes och Stacie Bender tittar ut över de snötäckta bergen i Utah och Colorado, de ser mer än bara ett majestätiskt landskap. De ser miljontals liter vatten som så småningom kommer att rinna ut i Coloradofloden.
Vattnet som lagras som snöpackning där kommer att ta sig till cirka 33 miljoner människor i sju stater i väst. bevattning av tunnland sallad, frukt och nötter i Kalifornien, genererar enorma mängder elektricitet och strömmar slutligen från kranar i sju stater. För några av dessa soldränkta stater, snöfall (och dess efterföljande smältning) ger upp till 80 procent av den årliga nederbörden, som i slutändan används för att dricka, jordbruk, rekreation och elproduktion. Även om det är viktigt för vattenförvaltare i dessa stater att veta hur mycket vatten de kan förvänta sig av snösmältning, det är lika viktigt för dem att veta när de kan förvänta sig det.
I flödet
Som hydrologer vid Colorado Basin River Forecast Center, Stokes och Bender gör just det, genom att tillhandahålla strömflödesprognoser för vattendelar inom Colorado River Basin och regionen. Denna bassäng inkluderar några av de mest uttorkade marken i USA. Som ett resultat, så mycket vatten tas ut för mänskligt bruk och så lite sätts tillbaka i att floden rutinmässigt rinner ut innan den någonsin når sin mynning vid Kaliforniens golf i Mexiko. Med en så knapp resurs, varje droppe räknas.
"Prognoserna vi får från centret ger avgörande information för att hantera våra vattenresurser och reservoaranläggningar, sa Dave Kanzer, en biträdande chefsingenjör för Colorado River District i Glenwood Springs, Colorado. "Vattenförsörjningsprognoserna är kritiska. Om vi får mindre vatten än vad prognoserna förutspår, vi kommer inte att ha tillräckligt mycket sparat i reservoarerna för att hålla floden flytande under hela bevattningsbehovet. Omvänt, om vi får mer än förväntat, vi kan behöva släppa ut extra vatten, utan att orsaka skadliga översvämningar."
Vatten att dricka, lantbruk, rekreation och till och med kraftproduktion kommer också från Colorado River Basin. Och naturligtvis fisk, fåglar och många andra arter är beroende av detta vatten. Kredit:NASA
Medveten om vikten av noggrannhet, centret matar in många avläsningar i ett komplext datorprogram som använder den informationen för att generera sina prognoser. Före 2011, dessa indata kom enbart från markbaserade sensorer och direkta observationer från personal. Dock, 2009 fungerade som en vändpunkt när massiva stormar blåste vad som verkade vara oöverträffade mängder damm från Coloradoplatån till den orörda vita snön i Klippiga bergen. Under en tjock filt av damm, den normalt reflekterande vita snön absorberade mer av solens energi, och snöpackningen smälte i mycket snabbare takt än väntat under avrinningssäsongen.
"Vi fann att riktigt dammiga förhållanden ökar snösmältningshastigheten ungefär lika mycket som att höja temperaturen med 1 till 3 grader Fahrenheit, " förklarade Bender. "Det blev väldigt tydligt att vi var tvungna att identifiera ett mer exakt sätt att mäta damm på snö."
Även om dammmätning kan tyckas vara dags att zooma in, Stokes och Bender var faktiskt tvungna att zooma ut — långt ut. Som de snart upptäckte, svaret var att kretsa högt över Klippiga bergen uppe i rymden.
Mäter upp
Tom Painter har tillbringat sin beskärda del av tiden bland de orörda bergstopparna i Klippiga bergen. Som forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, han har studerat damm och snöpackning i flera år. Under 2011, Painter och hans kollegor skrev på för att hjälpa Stokes och Bender att förbättra strömflödesprognoser genom att utnyttja kraften i jordobservationer från rymden; ett fruktbart samarbete föddes.
Ny vit snö kan reflektera upp till 90 procent av solljuset, men med damm på snön absorberas mer ljus och snöpackningen smälter i mycket högre hastighet under avrinningssäsongen, så att mäta dammet kan hjälpa bättre förutse vattenflödet. NASA-satelliterna Terra (visas i den här konstnärens koncept) och Aqua kan upptäcka damm i snön för att uppskatta den extra värmeproducerande energi som absorberas av snöpackningen, som tas med i prognosmodellen för vattenavrinning. Kredit:NASA
Med NASA:s hjälp, centret började införliva två uppsättningar av fjärravkänd data i sin prognosmodell. Den första uppsättningen gav dem en mer exakt avläsning av var snön låg, medan den andra gav dem en tydligare bild av snöpackens ytförhållanden och specifikt mängden extra solljus som absorberades av damm som fanns i snöpacken.
"När vi först började använda fjärranalysdata, allt förändrades, " sade Bender. "Faktiskt, vår forskning visar att användning av fjärranalysdata minskar felet med cirka 70 procent i vissa vattendelar. Det gör det möjligt för oss att förutsäga strömflödets timing mycket bättre än vad vårt system gjorde tidigare."
Med mer exakta prognoser, Vattenförvaltare kan nu fatta bättre beslut om när och hur mycket vatten som ska lagras och/eller släppas ut i Coloradofloden – beslut som kan ha en dramatisk inverkan på människors och vilda djurs liv och välbefinnande.
"Vi vet hur avgörande vatten är för bönder och samhällen, " sade Kanzer. "Samtidigt, utan att tillräckligt med vatten rinner genom floderna, hela generationer av utrotningshotade fiskar kan utsättas för fara. Ju mer exakta prognoserna är, desto bättre rustade är vi för att uppnå den balansen."
Med denna information, vattenförvaltare kan fatta bättre beslut om tilldelning av dricksvatten, mat, energi- och ekosystembehov. Kredit:iStock
Samla resurser
När vattenförvaltningen blir allt viktigare på grund av befolkningsökning och återkommande torka, kopplingen mellan jordobserverande satellitdata och de som arbetar praktiskt med den informationen blir allt mer kritisk. "Samarbete är viktigt för att hitta svar och tillhandahålla information som gynnar våra samhällen, " sa målare. "Med dessa partnerskap, vi kan utnyttja ökad kunskap om planeten jorden för att främja vetenskapen, samtidigt som de hjälper till att skapa hälsosammare försörjning, ekonomier, och miljöer. Och dessa partnerskap hjälper oss att identifiera nya frågor och viktiga forskningsområden."
Genom att arbeta tillsammans för att använda NASA:s satellitdata, Painter och Colorado Basin River Forecast Center säkerställer att mer än 33 miljoner människor har en säkrare vattenförsörjning och behöver inte oroa sig för att konsultera en prognos innan du slår på kranen.
Trots vikten av snowpack albedo - andelen ljus som reflekteras kontra absorberat - för att kontrollera avrinning av snöpackning, snowpack albedo har varit okvantifierad för stora delar av USA. För att mäta det, Målarteamet vid NASA upptäcker ljusabsorberande föroreningar (som damm) på snön med sina MODIS-instrument (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) ombord på två satelliter:Terra och Aqua. NASA använder dessa data för att uppskatta den extra energi som absorberas av snöpackningen, en viktig input för att förstå snowpacks energibalansdynamik. Att växa från denna ansträngning, Målarens team har utvecklat Airborne Snow Observatory, som sammanställer kombinationen av albedo och snövattenekvivalent, de två viktigaste kontrollerna på tidpunkten och storleken på avrinning av snösmältning.
