Ett NASA-ledt team kommer att starta en ambitiös luftburen kampanj för att avgöra vilken kombination av sensorer som fungerar bäst för att samla globala snövattenmätningar från rymden-avgörande för att förstå och hantera världens sötvattenresurser. Forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland tillhandahåller teknik till uppdraget.

Den första vinterkampanjen för den fleråriga insatsen, kallas SnowEx, börjar den 6 februari, sa Ed Kim, SnowEx -projektforskaren vid NASA Goddard. "SnowEx handlar om att utmana avkänningsteknikerna och algoritmerna ... tills de går sönder, "sa han." Först då lär vi oss när och var varje teknik fungerar eller inte fungerar och, självklart, Varför. Det är nyckeln till att hitta en optimal blandning för ett framtida snösatellituppdrag. "

Snövattenekvivalent, Den söta platsen

Även om satelliter har gett forskare ett halvsekel med snötäckta kartor, visar omfattningen av snö över landskapet, de har visat sig vara opålitliga för att hjälpa forskare att fastställa snövattenekvivalenten, eller SWE, vilket är mängden vatten som snöpaket innehåller. För närvarande, SWE kan mätas i fält eller beräknas med en kombination av rymdbaserade observationer och modellering.

För att beräkna SWE-information som är mycket viktig för vattenresursförvaltare, för att inte säga någonting om de mer än en miljard människor världen över som förlitar sig på snöpåsar för sitt vatten - forskare använder sofistikerade datoralgoritmer och modeller som tar hänsyn till snödjup och densitet. Dock, Mer exakt, fjärranaljerade mätningar behövs som input för att förbättra modellresultaten.

De fjärranalysmätningarna kommer från luftburna eller rymdfödda sensorer, som antingen mottar strålning passivt, eller aktivt avger strålning riktad mot marken. Strålningen interagerar sedan med målet och tas sedan emot tillbaka till sensorn. Dock, skogar och komplex topografi kan förvirra och komplicera fjärranaljerade signaler.

Följaktligen, flera sensorer kommer att flyga för att avgöra vilken kombination av sensorer som fungerar bäst i olika snöförhållanden. Kunskapen kommer att tillämpas på att formulera ett rymdbaserat uppdrag för att mäta snö och andra funktioner i kryosfären globalt. Det kan också användas för att avgöra hur mätningar från uppdrag avsedda för andra ändamål kan hjälpa till att utvärdera global SWE.

När det gäller mätning av SWE, varje sensor erbjuder både möjligheter och begränsningar. Aktiva och passiva mikrovågssensorer är användbara för att mäta SWE, oavsett moln eller mörker, så länge snön inte är blöt, Sa Kim. Vissa kan se ytlig snö medan andra tappar känsligheten under djup snöförhållanden med hög SV. Lidar, å andra sidan, mättas inte för djup snö, är inte effektivt för grund snö, och kan inte se genom moln. Alla sensorer har problem i tätt skogsområden, även om lidar och andra visar mycket lovande.

"Vi har aldrig tidigare haft möjlighet att kombinera dessa specifika sensorer i en kampanj, "förklarade Dorothy Hall, en Michigan State University -forskare och tidigare Goddard -forskare som ingår i SnowEx -organiseringsteamet. "Vi måste utvärdera hur varje sensor presterar för mätning av snöpåsegenskaper, och hur de kan användas tillsammans, att mäta SWE noggrant i olika lantskydd. "

Bestämning av brytpunkten

För att bestämma effektiviteten för varje fjärranalysteknik, laget kommer att börja flyga med flera luftburna sensorer i februari över Grand Mesa, Colorado. Den här platsen valdes ut av NASA:s snögemenskap vid ett möte som hölls vid University of Washington i Seattle i våras. En distinkt skogstäckningsgradient på Grand Mesa gör den till en mångsidig plats för mätning av snö i olika skogstätheter. "Det var en Goldilocks -historia, "Kim sa." Vi ville ha en plats där det inte fanns för många eller för få träd. "

Lidar kan användas för att mäta snödjup och SVE om topografin före snön och snötäcktätheten är känd. Således, en grundläggande undersökning av området innan snö ackumuleras behövs. I september, Jet Propulsion Laboratory's Airborne Snow Observatory flög ett lidar för att bestämma specifika terrängförhållanden före snö. Likaså, vissa radartekniker drar nytta av grundläggande data utan snö. Teamet kommer att flyga Europeiska rymdorganisationens radar, SnowSAR, sommaren 2017 för att få en "ingen snö" baslinje.

NASA Goddard Instruments

När kampanjen börjar i februari, paketet med SnowEx-instrument kommer att innehålla två instrument från Goddard:den passiva mikrovågsugnen Airborne Earth Science Microwave Imaging Radiometer, eller AESMIR, och den dubbelriktade reflektansfunktionen Cloud Absorption Radiometer, eller CAR. Två värme-infraröda sensorer och en videokamera kommer också att flygas.

Den obebodda luftfartygssyntetiska bländarradaren, eller UAVSAR, och den luftburna glaciären och landisens topografi interferometer-A, eller GLISTIN-A, kommer också att flyga för att ge mätningar med två experimentella radartekniker. UAVSAR kommer att försöka känna SWE genom att tränga igenom hela snöpaket, medan GLISTIN-A kommer att försöka känna av snödjup med hjälp av lidarliknande tekniker. I kontrast, ESA:s SnowSAR använder den traditionella radarmetoden, som mäter mängden spridning som uppstår i snöpaket.

Samling av Ground Truth Data

Ett viktigt inslag i kampanjen är ett robust grund-sanning-program som är utformat för att validera sensordata, Sa Kim. Deltagande från federala partners, som U.S. Forest Service och NOAA, liksom från internationella partners från Kanada, Norge, och andra länder, är nyckeln till framgång för detta uppdrag. Kelly Elder, en snöforskare med Forest Service i Fort Collins, Colorado, leder denna del av SnowEx -kampanjen.

Den stora betoningen, dock, finns kvar på själva luftburna sensorer, sa Charles Gatebe, som är SnowEx biträdande projektvetare och huvudutredare för Cloud Absorption Radiometer som kommer att flyga under kampanjen. "Vi behöver ett satellituppdrag som kan mäta snö globalt, sa han. Vi letar efter verktygen.