Jorden är blek, blå prick sett från rymden. Dess blå färg beror på att vår hemplanet är 71 % täckt av vatten. NASA övervakar jordens vatten från rymden, himlen, markstationer på land, fartyg som seglar på havet och även med appar på mobiltelefoner.

Medan jorden är så blöt ser den blå ut från rymden, det mesta av det vattnet är saltvatten. Endast 2,5 % av vattnet på jorden är sötvatten och nästan allt vatten är fruset – instängt i polarisar, glaciärer och annan is. Den lilla mängd sötvatten som finns kvar är allt som finns tillgängligt för alla sätt vi använder vatten.

"Allt vatten på jorden finns redan. Vi kan inte göra mer, sa Bradley Doorn, programledare för NASA Earth Applied Sciences programområde Water Resources. "Vi kan bara spåra det, förutsäga det och skydda det när det cyklar runt vår värld."

NASA spårar nästan alla aspekter av denna vattencykel – när nederbörd faller från moln; som grundvatten; som vatten tränger in i jorden; när den rör sig in i floder och sjöar; eftersom det tas upp av växter och används av djur och avdunstar tillbaka till atmosfären.

"Vatten är en värdefull resurs på denna planet, och en som NASA är i framkant av övervakning, sa Doorn.

Den cykliska naturen hos sötvatten som rör sig runt vår värld har lett till den övergripande vetenskapliga frågan som NASA försöker svara på om vatten i vår värld – var det är, när det är, och i vilket skick. I finare och finare grad, NASA-forskare bestämmer hur mycket och när sötvatten är tillgängligt över hela världen. När dessa kärnvetenskapliga frågor ställs och besvaras, NASA ser också mot att utveckla och stärka nya och innovativa sätt att använda data för att spåra både användningen och kvaliteten på världens sötvatten. Dessutom, när världen värms upp på grund av klimatförändringar, NASA-forskare undersöker hur världens vattenkretslopp påverkas av och har effekter på jordens klimat.

NASA:s Earth Science Division studerar sötvatten med hjälp av data som samlats in på många sätt, inklusive satelliter, luftburna uppdrag och till och med information som samlats in av frivilliga. NASA-forskare studerar vatten, i nästan alla dess aspekter på jorden, som nederbörd, is och snö, i grundvattenreserver och i sjöar och floder, bara för att nämna några. Några exempel på forskningsfokus som NASA-forskare tar för att studera vatten inkluderar sätt att spåra vattenkvalitet, bestämma tillgången på vatten och förutsäga torka, mäta bevattning och vattenanvändning för jordbruk, och världsomspännande nederbörd.

Vad går upp, Måste komma ner

Mängden nederbörd som faller på jorden vid en given tidpunkt varierar mycket från plats till plats, så att ha en vy på satellitnivå ger mer enhetliga observationer runt om i världen eftersom det inkluderar data över världshaven och är mer komplett än de flesta mätningar på marken.

Under 2019 släppte forskare en världsomspännande nederbördsdatauppsättning som sammanställde mer än 20 år av satellit- och andra data. Den är till stor del baserad på information som samlats in av det gemensamma NASA och Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) projektet Global Precipitation Measurement mission (GPM) och ett tidigare, föregångare NASA-JAXA satellituppdrag Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Denna Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM (IMERG) innehåller också information från en konstellation av andra jordobserverande satelliter, luftburna kampanjer och markstationer.

Allt sagt, posten sammanställer data från 1997 till nuvarande dag. Dessa rekord inkluderar fyrdimensionella vyer av regn, snö, snöslask och stormar, hur kraftig nederbörden är och hur den förändras över tid. Medan IMERG producerar en produkt med högre precision som tar tid att bearbeta och förbereda, en sammanfattning av den globala nederbörden i nästan realtid är tillgänglig varje halvtimme som används för tidskänsliga applikationer som väderprognoser och katastrofåterställning. Denna flera decenniers baslinje för regn- och snödata över hela världen visar hur nederbörden kan avvika från det normala, informera modeller som förutsäger skördar, sjukdomsutbrott och jordskred.

Att se stressade växter

Ett projekt som för närvarande arbetar med att inkludera IMERG-data som en större ansträngning för att övervaka jordbruket leds av Christopher Hain från NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama. Han och hans team har byggt ett världsomspännande globalt jordbruksövervakningsverktyg som ger tidiga torkavarningar genom att titta på "vegetationsstress."

Cirka 31 % av allt färskt ytvatten i USA används för konstbevattning, enligt U.S. Geological Survey, och växter blir stressade när de inte har det

tillräckligt med vatten. När en växt släpper vatten från sina löv, i en process som kallas "transpiration, " det kyler dem. Detta gör det möjligt för bönder att spåra temperaturavläsningarna på ett fält över tid som ett sätt att bestämma hälsan hos deras grödor. Om ett fält är ovanligt varmt, det visar att växterna är under stress långt innan löven bleknar och blir bruna.

Denna växtspänning kvantifieras delvis av dessa temperaturförändringar i Evaporative Stress Index. Det används i många olika produkter och ingår i U.S. Drought Monitor, en karta utvecklade U.S. Department of Agriculture (USDA). Uppdateras veckovis, den rankar torkan över hela USA som en del av ett NASA Earth Applied Sciences-finansierat projekt, Hains team utökar användningen av denna data utanför USA till ett världsomspännande "Global Evaporative Stress Index".

Förutom IMERG-data, detta index inkluderar en anläggningstemperaturindikator hämtad från NASA:s ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer on Space Station (ECOSTRESS) instrument, som lanserades till den internationella rymdstationen 2018. Som också bidrar till indexet är yttemperaturer på land från många satelliter från National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), observationer från NASA:s Terra och Aqua satelliter och NASA/NOAA Suomi National Polar Orbiting Partnership (Suomi NPP) satellit.

Detta index för växtstress inkluderar också data från Landsat-serien av satelliter; den längsta kontinuerliga registreringen av jordvetenskapliga data från rymden. Börjades 1972, Landsat är ett partnerskap mellan NASA och U.S. Geological Survey (USGS) och Landsat-data används i NASA Earth Applied Sciences vattenprojekt så varierande som att mäta från stressen på vingårdar i Kalifornien till att spåra knappa vattenresurser i avlägsna områden i Navajo Nation.

Hantera vatten i väst

I det torkabenägna västra USA, vatten är en särskilt knapp resurs, vilket är anledningen till att NASA:s programområde Earth Applied Sciences Water 2015 etablerade Western Water Applications Office (WWAO). Det underlättar att få satellit- och andra NASA-data i händerna på västra staten, lokala och federala vattenmyndigheter.

"Att hantera vatten i västra USA är särskilt utmanande, " säger Indrani Graczyk, WWAO-chef. "Det beror på att den mesta nederbörden faller på vintern och lagras i bergssnöpackningar, men måste förse användare under lång tid, torra somrar.

Ett av många NASA-program som undersöker de viktiga sambanden mellan snö och vattentillgång är Airborne Snow Observatory. Detta fleråriga NASA-flygplansprojekt började i april 2013 och var ett samarbete mellan NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) och California Department of Water Resources. Det skapade de första kartorna över hela snöpackningen av två stora bergsområden i Kalifornien och Colorado, producerar de mest exakta mätningarna av hur mycket vatten de innehåller, en välsignelse för de miljontals amerikaner som förlitar sig på dessa vattenbassänger för sin vattenförsörjning.

Airborne Snow Observatory-projektet gjorde också de första mätningarna av snö i området skapat av omgivande berg, känd som en 'bassäng, " såväl som på bergen själva. Denna förståelse av nederbörd i berg ger data som nu införlivas över hela världen för att hjälpa till att förbättra vattenhanteringen för de 1,5 miljarder människor globalt som är beroende av snösmältning för vatten.

Data i handflatan

Förutom satellit- och luftburna uppdrag, NASA använder också makten hos medborgarforskare för att övervaka världens vattenresurser. Ett exempel är NASA:s Global Learning and Observations till nytta för miljöprogrammet (GLOBE). Börjades 1995, detta världsomspännande program och samlar studenter, lärare, forskare och medborgare och genom sin GLOBE Observer-mobilapp, användare kan ladda upp information om molntäcke, nederbördsdjup och annan information som sedan vidarebefordras till forskarlag som använder den som en del av sin forskning för att övervaka vattenresurser över hela världen.

En annan handhållen vetenskaplig resurs är CyAN, en applikation för Android-mobiltelefon som är en del av Cyanobacteria Assessment Network med flera byråer, (CyAN). Nätverket startade 2015 med ett mål att utveckla ett enhetligt och systematiskt tillvägagångssätt för att identifiera potentiellt skadliga algblomningar med hjälp av satellit- och annan data. Medan enskilda alger är mikroskopiska, under rätt förhållanden kan de föröka sig och "blomma" och släppa ut skadliga gifter som kan göra människor och husdjur sjuka, förorena dricksvatten och tvinga fram stängningar av båt- och badplatser.

Dessa blommor kan vara tillräckligt stora för att ses både med blotta ögat, och från rymden via bilder från jordobserverande satelliter. Som en del av detta pågående, långsiktigt uppdrag, en mobiltelefonapplikation kombinerar nu satellitinformation med användaruppladdade data om potentiellt skadliga algblomningar av cyanobakterier.

Utvecklad med U.S. Environmental Protection Agency (EPA), mobilappen, inkluderar NASA superdatorkraft, och tillhandahåller veckorapporter om färg och annan vattenkvalitetsinformation för mer än 2, 000 sjöar över hela USA Användare kan välja en viss sjö och se ett färgkodat index för vattenkvalitet. Appen tillåter också användare att skicka in data, förvandla varje användares rapport till en datakälla för vattenkvalitetsansvariga att granska och bekräfta data.

CyAN är ett handhållet sätt att spåra vattenkvalitet, NASA fjärranalysdata är inkorporerad i andra vattenkvalitetsresurser, till exempel håller NASA på att förfina Freshwater Health Index med den ideella gruppen Conservation International. Detta index ser vatten som en del av ett system som också tar hänsyn till data om mänskliga befolkningscentra samt, miljödata och andra uppgifter. Förutom att skapa resurser som index, NASA utbildar också människor att använda dem. Till exempel, programområdet Earth Applied Sciences Capacity Building håller både personliga och distanskurser om Freshwater Index, hur man övervakar skadliga algblomningar och många fler kurser om hur man kommer åt och tolkar jordobservationsdata.

För mycket och för lite

Även om vattenkvaliteten är ett problem, så är kvantiteten. Att ha för mycket eller för lite vatten kan vara förödande. Förutom NASA:s nederbördsuppdrag, två andra viktiga NASA-satellituppdrag har brutit ny mark i övervakningen av världens vatten.

Satelliten Soil Moisture Active Passive (SMAP), lanserades 2015, mäter mängden vatten i de översta två tum (5 centimeter) av jorden. Dessa nästan realtidsdata kartlägger global markfuktighet, tillhandahåller länkar mellan jordens vatten, energi- och kolkretslopp. Till exempel, dessa data ingår i en NASA-programvara som kallas Land Information System och med andra resurser, ger användarna viktig information om markmättnad, torkaprognoser och jordbruk.

NASA spårar också vatten genom uppdraget Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on (GRACE-FO). Ett partnerskap mellan NASA och German Aerospace Center, GRACE-FO är en efterträdare till GRACE-uppdraget, som gjorde observationer från 2002 till 2017.

GRACE-FO-uppdraget består av två tvillingsatelliter som följer varandra i omloppsbana runt jorden och är åtskilda av endast cirka 137 miles (220 km). Genom att hela tiden mäta avståndet mellan dem, de spårar förändringar i jordens gravitationsfält, som påverkas av skillnader i massa, som när man passerar nära och sedan över en bergskedja. Även om dessa förändringar skulle vara omärkliga för oss, de extremt exakta mätningarna av avståndet mellan de två satelliterna avslöjar gravitationsförändringar över hela världen.

Data används för att konstruera månatliga kartor över jordens genomsnittliga gravitationsfält, ger information om hur massa, rör sig runt planeten, vilket i månatlig skala mestadels beror på vattenrörelser. Således kan GRACE-FO-data användas för att avslöja förändringar i underjordisk vattenlagring, mängden vatten i stora sjöar och floder, rotzonens jordfuktighet, inlandsisar och glaciärer, och havsnivån orsakad av tillsats av vatten till havet. Dessa upptäckter ger en unik bild av jordens klimat och har långtgående fördelar för samhället.

Vattendata överallt

Trots alla våra sätt att spåra och övervaka kvaliteten och kvantiteten av vatten runt om i vår värld, det finns fortfarande mycket att lära om hur man bäst tittar på världens vatten, särskilt som klimatförändringarna förändrar vattnets kretslopp och påverkar vattentillgången runt om i världen.

NASA:s satellit- och modelleringsprodukter tillhandahåller en enorm mängd värdefull global information om vattenresurser, sträcker sig tillbaka i flera år över ett brett spektrum av områden (från lokalt till globalt) och över många tidsskalor (från varje timme till decennier), och medan denna information används för pågående vetenskaplig forskning, många av resurserna är tillgängliga i nästan realtid, vilket kan göra dem användbara för applikationer som att svara på en orkan eller torka.

All NASA-data är gratis, och öppet tillgängligt, låta alla få tillgång till informationen – allt med målet att titta på och skydda vattnet på vår bleka, blå planet.