NASA-forskare har utvecklat nya satellitbaserade, veckovisa globala kartor över markfuktighet och grundvattnets fuktighetsförhållanden och en till tre månaders amerikanska prognoser för varje produkt. Medan kartor över nuvarande torra/våta förhållanden för USA har funnits sedan 2012, detta är första gången de har varit tillgängliga globalt.

"De globala produkterna är viktiga eftersom det finns så få globala torkkartor där ute, "sa hydrolog och projektledare Matt Rodell från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Torka är vanligtvis välkända när de händer i utvecklade länder. Men när det är en torka i centrala Afrika, till exempel, det kanske inte märks förrän det orsakar en humanitär kris. Så det är värdefullt att ha en produkt som denna där människor kan säga, Wow, det är verkligen torrt där och ingen rapporterar det. "

Dessa kartor distribueras online av National Drought Mitigation Center vid University of Nebraska-Lincoln (UNL) för att stödja amerikansk och global torkaövervakning.

"Att kunna se en ögonblicksbild av både markfukt och grundvatten varje vecka är viktigt för att få en fullständig bild av torka, "sade professor Brian Wardlow, chef för Center for Advanced Land Management Information Technologies på UNL, som arbetar nära Rodell för att utveckla fjärranalysverktyg för operationell torkövervakning.

Övervakning av markens fuktighet är avgörande för att hantera jordbruksgrödor och förutse deras skörd, eftersom markfuktighet är det vatten som finns tillgängligt för att plantera rötter. Grundvatten är ofta källan till vatten för växtbevattning. Det upprätthåller också strömmar under torra perioder och är en användbar indikator på utdragen torka. Men markbaserade observationer är för glesa för att fånga hela bilden av våthet och torrhet över landskapet som kombinationen av satelliter och modeller kan.

Ett globalt öga på vatten

Både de globala kartorna och de amerikanska prognoserna använder data från NASA och German Research Center for Geosciences Gravity Recovery and Climate Experiment Follow On (GRACE-FO) satelliter, ett par rymdfarkoster som detekterar rörelsen av vatten på jorden baserat på variationer av jordens tyngdkraftsfält. GRACE-FO efterträder de mycket framgångsrika GRACE-satelliterna, som avslutade sitt uppdrag 2017 efter 15 års verksamhet. Med den globala expansionen av produkten, och tillägg av amerikanska prognoser, GRACE-FO-uppgifterna fyller i viktiga luckor för att förstå hela bilden av våta och torra förhållanden som kan leda till torka.

De satellitbaserade observationerna av förändringar i vattenfördelningen är integrerade med andra data inom en datormodell som simulerar vatten- och energicyklerna. Modellen producerar sedan, bland andra utgångar, tidsvarierande kartor över fördelningen av vatten på tre djup:ytjordfuktighet, jordzonens rotfuktighet (ungefär jordens tre översta fötter), och grunt grundvatten. Kartorna har en upplösning på 1/8 av latitud, eller cirka 8,5 mil, tillhandahåller kontinuerlig information om fukt och grundvattenförhållanden i hela landskapet.

Satellitbaserade kartor GRACE och GRACE-FO är bland de väsentliga datamängder som används av författarna till U.S.Torkemonitor, den främsta veckokartan för torka i USA som används av U.S. Department of Agriculture och Federal Emergency Management Agency, bland andra, att utvärdera vilka områden som kan behöva ekonomiskt bistånd på grund av förluster från torka.

"GRACE [tillhandahålls och GRACE-FO ger nu] en nationell omfattning av grundvatten, "säger klimatologen och författaren för torkaövervakare Brian Fuchs, på torkcentret. Han och de andra författarna använder flera datamängder för att se var bevisen visar att förhållandena har blivit torrare eller blötare. För grundvatten, det brukade betyda att gå till enskilda staters grundvattenbrunndata för att uppdatera veckokartan. "Det har sparat mycket tid att ha det grundvattenskiktet tillsammans med markens fuktskikt, allt på ett ställe, "Fuchs sa." De högupplösta data som vi kan ta in gör att vi kan dra konturerna av torrhet eller våthet direkt till själva data. "

Ett av målen med de nya globala kartorna är att göra samma konsekventa produkt tillgänglig i alla delar av världen-särskilt i länder som inte har någon infrastruktur för övervakning av grundvatten.

"Torka är verkligen ett viktigt [ämne] ... med många prognoser om klimat och klimatförändringar, "Wardlow sa." Tyngdpunkten ligger på att bli mer relevant, mer exakt och mer aktuell torkainformation, om det är jordfuktighet, grödans hälsa, grundvatten, streamflow— [GRACE -uppdragen är] centrala för detta, "sa han." Dessa typer av verktyg är helt avgörande för att hjälpa oss att hantera och kompensera några av de förväntade effekterna, om det beror på befolkningstillväxt, klimatförändringar eller bara ökad vattenförbrukning i allmänhet. "

Både Center for Advanced Land Management och National Torka Mitigation Center är baserade i UNL:s naturresursskola, och de arbetar med internationella partner, inklusive den amerikanska byrån för internationell utveckling och Världsbanken, att utveckla och stödja övervakning av torka med hjälp av GRACE-FO:s globala kartor och andra verktyg i Mellanöstern, Nordafrika, Sydafrika, Sydöstra Asien, och Indien.

Torka kan vara komplex, både i timing och omfattning. På ytan, markfuktigheten förändras snabbt med väderförhållandena. Fuktigheten i rotzonen förändras lite långsammare men reagerar fortfarande mycket på vädret. Bakom båda ligger grundvattnet, eftersom den är isolerad från väderförändringar. Men för långsiktiga perspektiv på torka-eller omvänt, översvämningsrisk i låglänta områden-grundvatten är måttet att titta på, sa Rodell.

"Grundvattenkartorna är som en långsammare, utjämnad version av det du ser på ytan, "Rodell sa." De representerar ackumulering av månader eller år av väderhändelser. "Den utjämningen ger en mer fullständig bild av den övergripande torknings- eller vätningstrenden som pågår i ett område. Att ha en noggrann redovisning av grundvattennivåer är avgörande för korrekt prognos. nära framtida förhållanden.

Den nya prognosprodukten som projicerar torra och våta förhållanden 30, 60, och 90 dagar ute för de lägre 48 USA använder GRACE-FO-data för att ställa de nuvarande villkoren. Sedan springer modellen framåt i tiden med hjälp av Goddard Earth Observing System, Version 5 säsongsmässig väderprognosmodell som input. Forskarna fann att inklusive GRACE-FO-data gjorde de resulterande markfuktighets- och grundvattenprognoserna mer exakta.

Eftersom produkten just har rullats ut, användargemenskapen har bara börjat arbeta med prognoserna, men Wardlow ser en enorm potential.

"Jag tror att du kommer att se GRACE-FO-övervakningsprodukterna som används i kombination med prognoserna, "Sa Wardlow." Till exempel den nuvarande amerikanska produkten kan uppvisa måttliga torktillstånd, och om du tittar på prognosen och prognosen visar nästa månad att det finns en fortsatt torkningstrend, då kan det ändra beslutet kontra om det var en våt trend. "

USA:s prognos och globala kartor är fritt tillgängliga för användare via torkcentrets dataportal.