Det är den underbaraste tiden på året - den tid NASA:s SnowEx -kampanj träffar himlen och marken på världens snöiga platser, mäta snöegenskaper för att förstå hur mycket vatten som varje vinters snöfall innehåller.

Snö är en viktig vattenkälla för att dricka, jordbruk och elkraft i västra USA och andra platser runt om i världen. För att veta hur mycket vatten som kommer att finnas tillgängligt följande vår, vattenresursförvaltare och hydrologer behöver veta var snön har fallit, hur mycket det finns och hur förändras egenskaperna när det smälter. Mätning av snövattenekvivalenter, eller SWE, berättar hur mycket vatten som finns i snöpaket.

NASA har för närvarande inget globalt satellituppdrag för att spåra och studera SWE. SnowExs luftburna mätningar, markmätningar och datormodellering banar väg för framtida utveckling av ett globalt snösatellituppdrag. Här är några saker de kommer att titta på i 2020 -kampanjen.

I luften …

Snö är utmanande att mäta eftersom dess egenskaper förändras beroende på vilken terräng den faller på, hur djupt det är och om det smälter. Inget verktyg eller mätning kan mäta alla typer av snö hela tiden, sa laget.

"Forskningsluckorna i fjärranalys av snö kan grupperas efter snöklimatklasser - tundrasnö, snö i skog, snö i maritima områden - och av hur snön utvecklas över tiden, "sa Carrie Vuyovich, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland och SnowEx 2020:s nuvarande biträdande projektforskare. "Olika snöegenskaper påverkar mätningarna olika."

Att spåra snövattenekvivalenter (SWE) under hela säsongen hjälper hydrologer och vattenresurshanterare att veta vilket vatten som kommer att finnas tillgängligt när det smälter på våren, samt planera för eventuella översvämningar eller torka.

"Det är inte så mycket snödjupet - det är måttet de flesta förmodligen känner till, "sa Ed Kim, en forskare vid Goddard och SnowEx tidigare projektvetare. "Du vet, på vintern, om det snöar och du måste skotta din uppfart, du vill veta hur många centimeter snö du måste skotta. Men vi är ute efter vattenekvivalenten:Hur mycket vatten representerar snön och vad det betyder för översvämningar och torka. "

SnowEx luftburna kampanj kommer att flyga radar och lidar (ljusdetektering och intervall) för att mäta snödjup, mikrovågsradar och radiometrar för att mäta SWE, optiska kameror för att fotografera ytan, infraröda radiometrar för att mäta yttemperatur, och hyperspektrala bilder för att dokumentera snötäcke och komposition. Vissa av dessa instrument fungerar bättre än andra över olika typer av terräng, vegetation och snöförhållanden, och att se var och när de presterar bäst kommer att hjälpa snöforskare att bestämma hur olika kombinationer av instrument skulle ge användbara mätningar för ett potentiellt satellituppdrag.

SnowEx 2020 testar först instrumenten nära Grand Mesa, Colorado, som inkluderar både platt snö och skog. Årets kampanj kommer också att innehålla en tidsserie av flygningar över Colorado, Utah, Idaho och Kalifornien när snön smälter på våren, dokumentera förändringar mellan platser och årstider. Teamet började flyga i december 2019 och slutar i maj 2020.

"Den senaste kampanjen var en ögonblicksbild i tid, "sa Vuyovich." Vi såg inte mycket förändringar i snöförhållandena under treveckorsperioden 2017, och några tekniker som vi är intresserade av använder en metod för förändringsdetektering. "

Tidsseriekampanjen kommer att testa och validera en SWE-mätmetod med L-band interferometrisk syntetisk bländarradar (InSAR), mätt med NASA Jet Propulsion Laboratory:s UAVSAR -instrument.

"UAVSAR-instrumentet är mycket tillförlitligt-det flygs ofta för icke-snöapplikationer som deformation av jordytan efter jordbävningar eller vulkaner, "sa HP Marshall, docent vid Boise State University, Idaho och forskare vid U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Lab, och SnowEx 2020:s projektvetare. "I våra preliminära tester 2017, vi fick några ganska lovande resultat som korrelerar med snödjup och SVE, men det var ingen stor förändring, så vi kunde inte testa över ett brett spektrum av förhållanden. År 2020, vi kommer att göra InSAR-mätningar varje vecka till varannan vecka under ett tidsserieexperiment, från snöfria förhållanden genom övergång till det blöta vårsnöpacket. "

SnowEx kommer också att testa Snow Water Equivalent Synthetic Aperture Radar and Radiometer (SWESARR). SWESARR utvecklades på NASA Goddard, och dess kombination av aktiva och passiva mikrovågsmätningar gör det möjligt att mäta egenskaper hos både snön och jorden under, som kan påverka mikrovågssignalen.

SnowEx inkluderar partners från universitet, privata institutioner och andra myndigheter som tar med ytterligare expertis och instrument - till exempel National Oceanic and Atmospheric Administration:s luftburna gammainstrument och University of Alabamas FMCW -radar. Dessa instrument kan inte användas i rymden, men de kommer att hjälpa snövetenskapssamhället att öka sin förståelse av snö under olika förhållanden.

Teamet kommer också att jämföra sina data med NASA:s ICESat-2 och European Space Agency:s Sentinel 1A och 1B satelliter, och högupplösta optiska bilder från NASA WorldView och privata bildföretag.

... och på marken

För att veta om deras algoritmer är korrekta, laget samlar också in data på marken. SnowEx 2020:s marklag kommer att mäta snödjup, densitet, ackumuleringsskikt, temperatur, våthet och snökornsstorlek - storleken på en typisk partikel. Genom att mäta dessa egenskaper kan de se hur olika platser och egenskaper på marken påverkar luftburna data.

Det här året, realtid dator modellering kommer också att integreras i kampanjen.

"Vår snömodelleringsgrupp har arbetat med att förstå var vi ser den största osäkerheten i modellsimuleringar av SWE, "sade Vuyovich. Här, "osäkerhet" avser beräkningsintervallet från ett antal simuleringar. Teamet samlade en grupp med tolv medlemmar av olika modeller och atmosfäriska data för att simulera nio års snösäsonger i Nordamerika, fastställa områden där osäkerheten var som störst.

"Att utvärdera data i realtid hjälper oss att förstå vad som driver osäkerheten." Sa Vuyovich. "Nästa, Vi börjar titta på hur assimilering av olika fjärranalysobservationer kan bidra till att förbättra våra uppskattningar. "