Du kanske inte märker vatten i marken under dina fötter, men det spelar en viktig roll för att hålla dig vid liv. Växter drar vatten från jorden in i sina rötter och använder det för att växa. Om det inte räcker, den resulterande torka kan ha konsekvenser som sprids över lokala vattenförsörjningar, regionalt jordbruk och till och med internationella matpriser. NASA:s Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) uppdrag var det första satellitsystemet som direkt mätte globala förändringar i vattnet som lagras under jorden i världens största akviferer. GRACE Uppföljning, planeras att lanseras denna månad, kommer att fortsätta denna viktiga uppgift.

"Det finns verkligen inga fjärranalysprodukter som motsvarar GRACE -data för att ge en ögonblicksbild av förhållandena i djupa vattendrag, "sa Brian Wardlow, chef för Center for Advanced Land Management Information Technologies vid University of Nebraska, Lincoln. Wardlow känner till värdet av denna information för att förstå torka. Han arbetade på National Drought Mitigation Center (NDMC) i Lincoln när de ursprungliga GRACE -data först införlivades i experimentella produkter från de veckovisa U.S.Tørkaövervakningskartorna. Kartorna visar jordfuktighet på tre underjordiska nivåer:de övre centimeterna av jord, de övre foten/en meter jord (rotzonen), och akviferer.

USA:s torkaövervakningskartor är ett av landets viktigaste verktyg för att spåra torka över hela USA. De används i stor utsträckning av beslutsfattare på federal och statlig nivå. Till exempel, den nuvarande amerikanska gårdspropositionen betecknar torkaövervakningens torka-för-land-rankningar som standarden för att bedöma behörighet för vissa federala katastrofhjälpsprogram.

Klimatolog Brian Fuchs från NDMC, en i teamet av forskare som författar torka -kartorna, förklarade att markfuktigheten är glest mätt på marken. "Vissa stater har sina egna [mark] -nätverk, men uppgifterna är fläckiga, och det gör det mycket svårt att använda produkterna i en nationell bedömning, "sa han." GRACE täcker hela landet, och det hjälper oss att få en uppfattning om var områden med fukt och torrhet är. "

NDMC övervägde också GRACE -data för att producera andra NDMC -resurser, t.ex. Quick Drought Response Index (QuickDRI), ett NASA-stödt projekt med flera institutionella partners. QuickDRI är ett system för tidig varning för torktumlare - snabbt utvecklas förluster av markfuktighet på grund av värmeböljor och brist på regn. Uppkomsten av en blixttorka är svår att upptäcka på marknivå, men dess inverkan på jordbruket kan vara lika hård som på säsongens torka.

Få data till kartorna

När GRACE lanserades 2002, vetenskapsteamet visste att data skulle vara användbara för att mäta utarmningen av stora akviferer. Dock, de flesta hydrologer var obekanta med mätningen. Ett av få undantag var Matt Rodell, nu chef för Hydrological Sciences Laboratory vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Rodell hade nyligen forskat om hur de nya GRACE -uppgifterna kan användas för övervakning av underjordiskt vatten.

GRACE-FO, som GRACE, är utformad för att mäta förändringar i gravitationstrycket som är resultatet av förändringar i massa på jorden. Mer än 99 procent av jordens genomsnittliga gravitationskraft förändras inte från en månad till nästa. Det beror på att den kommer från massan av den fasta jorden själv - dess yta och inre - och som sällan rör sig, eller rör sig väldigt långsamt. Vatten, å andra sidan, rör sig kontinuerligt nästan överallt:snön faller, havsströmmar flödar, is smälter och så vidare. När de två GRACE-FO-satelliterna kretsar kring jorden, den ena som följer den andra, förändringarna i massa under förändrar avståndet mellan de två satelliterna mycket något. Rekorden för dessa förändringar analyseras för att skapa månatliga globala kartor över förändringar och omfördelning av jordens massa nära ytan.

Eftersom teknikerna som används av GRACE registrerar den totala förändringen i massa från månad till månad, inte om förändringen skedde ovan jord, nära ytan i jorden, eller långt under marken, Rodell och Jay Famiglietti, nu vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, behövs för att kombinera GRACE-data med meteorologiska och andra data för att skilja de underjordiska vattenförändringarna från förändringar över marken och nära ytan. Efter flera experiment med de kombinerade observationerna, Rodell och Famiglietti kunde för första gången någonsin isolera signalen om byte av vatten i vattendrag med fjärranalysdata.

Ett annat hinder mellan GRACE och övervakning av operativ torka var en tidsmatchning och rumsliga skalor. GRACE -dataprodukter producerades en gång i månaden med en upplösning på cirka 300 kvadratkilometer. Vattenförvaltare behöver ny data med några dagars mellanrum för att hänga med i förändrad markfuktighet, och de föredrar att ha det i storleken på sitt län, distrikt eller liknande mindre område. Rodell och hans team på Goddard assimilerade GRACE-data och ett långsiktigt register över väderobservationer som nederbörd, temperatur och solstrålning till en NASA hydrologimodell, kallas Catchment Land Surface Model. Det är en numerisk modell av vatten- och energiprocesser på land, utvecklad för forskning om den globala vattencykeln. Med sofistikerade numeriska modelleringstekniker och dataanalys, Goddard -teamet kunde reducera GRACE -data, det är, att anpassa sina större tids- och rymdskalor för att "passa" modellens finare skalor.

Teamet genererade experimentella torkaindikatorer från nedskalade data varje vecka från 2011 tills GRACE -uppdraget slutade i oktober 2017.

Blickar framåt

Eftersom det ursprungliga GRACE -uppdraget slutade efter slutet av växtsäsongen förra hösten, NDMC's Fuchs said that its loss has not yet been strongly felt by the Drought Monitor mappers. "We would be looking for GRACE in the growing season, where soil moisture is pertinent to determining crops and vegetation, " he said. "In a couple more months, people will be asking, 'Where are these data?'"

Those people will most likely have their answer before the 2019 growing season, as GRACE Follow-On begins delivering monthly maps. Fuchs said, "If it's going to behave as GRACE did in the past, it will be a valuable asset."