När den sista snön smälter, NASA:s SnowEx-team packar ihop snöskorna, skidor, och vetenskapliga instrument som de har använt hela vintern för att studera snö i berg och prärier. Nu, de riktar sin uppmärksamhet mot en annan typ av berg – all data de samlat in.

Det här året, SnowEx-teamen gjorde snömätningar på sex platser i västra USA, på marken och med drönare och flygplan som flyger över huvudet. Denna information kommer att hjälpa forskare att avgöra hur mycket vatten vinterns snöpack rymmer, som är avgörande för att hantera vattenresurser för att dricka, lantbruk, vattenkraft, översvämningsprognoser, hantering av torka och skogsbränder med mera.

Förutom att studera snö, SnowEx-forskare utvärderar också hur exakt olika tekniker kan mäta snö i olika miljöer. I framtiden, NASA hoppas kunna skjuta upp en satellit dedikerad till att studera snö – och vattnet den lagrar – från rymden, för att förstå hur förändringar i snöpackningen påverkar torka, skogsbränder, och mer. Ett av huvudmålen med den fleråriga SnowEx-kampanjen är att ta reda på vilka instrument som kan vara bäst lämpade för jobbet.

"Vi kommer inte att lösa snöövervakningsproblemet från rymden med en teknik, " sa HP Marshall, en docent vid Boise State University och SnowEx 2021:s samprojektforskare. "En stor del av SnowEx är att ta reda på det bästa sättet att kombinera fältarbete, fjärranalys, och modellering i ett ramverk."

År 2020, SnowEx-kampanjen avbröts på grund av covid-19-pandemin och teamet kunde inte avsluta sina luftburna experiment. För 2021, vetenskapsteamet hade tre huvudmål:genomföra en tidsserie av L-band Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) observationer i olika snöförhållanden, mäta reflektionsförmågan hos snöytan, och studera snöfördelning i ett prärielandskap.

Ett flygplan av typen Gulf Stream 3, som bär instrumentet Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar (UAVSAR) från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, flög över sju platser i Colorado, Utah, Idaho och Montana från mitten av januari till slutet av mars. UAVSAR är ett L-band InSAR, en speciell sorts radar, som SnowEx använder för att mäta förändringar i snöpackens massa.

Snöpackens massa kan förändras drastiskt från en UAVSAR-flygning till nästa. Till exempel, en stor snöstorm kan dumpa enorma mängder snö i ett område under en kort tidsperiod. En del av snön kan smälta eller sublimera – hoppa över vätskefasen och gå direkt från fast till gas. Det kan också omfördelas av hårda vindar.

SnowEx-teamet testar hur väl UAVSAR-sensorn kan upptäcka dessa olika förändringar i snöns massa. Att summera förändringarna i snömassan under vintersäsongen kommer att hjälpa laget att beräkna hur mycket vatten som lagras i det säsongsbetonade snöpacket, eller snövattenekvivalent (SWE). "Med UAVSAR, vad vi tittar på är förändringar i SWE från en flygning till nästa, sa Carrie Vuyovich, ledande snöforskare för NASA:s Terrestrial Hydrology Program, på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Planerad till 2022, NASA och den indiska rymdforskningsorganisationen (ISRO) planerar att skjuta upp satelliten NISAR för att studera förändringar i jordens yta från rymden. NISAR kommer att bära ett L-band radarinstrument som liknar UAVSAR, och SnowEx-teamet testar hur de kan använda NISAR-observationer för att studera snö.

När planen flög ovanför, forskare samlade in data på marken nedanför. De mätte snöegenskaper som snödjup och täthet, storleken på enskilda snökorn, temperatur, hur reflekterande snöytan är, och hur mycket av snöpackningen är is, snö eller flytande vatten. Teamet samlade in dessa mätningar från snögropar – bilstora hål grävda i snön. Inifrån groparna, forskare tog prover på olika djup för att se hur snöpackens egenskaper varierade från lager till lager.

SnowEx-observatörerna mätte också snöpackningen med markbaserade fjärravkänningsverktyg liknande de som används från luften och rymden. Data som samlas in under SnowEx är allmänt tillgänglig från National Snow and Ice Data Center; fler datamängder publiceras varje månad när forskare från hela landet slutför bearbetningen av var och en av de råa datamängderna och noggrant kontrollerar dem för fel.

Forskare på snöskor eller skidor använde också handhållna spektrometrar för att mäta albedo, eller hur ljus och reflekterande snöytan är. Albedo spelar en enorm roll för hur snabbt snön smälter. Det beror på en rad faktorer, såsom storleken och formen på enskilda snökristaller, hur mycket av snön har smält redan, och orenheter som damm ovanpå snön.

Från luften, forskare mätte albedo med hjälp av Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Next Generation-instrument från NASA:s Jet Propulsion Laboratory. Att jämföra de luftburna och markmätningarna kommer att hjälpa forskarna att identifiera hur olika faktorer bidrar till snöalbedot.

Det här året, SnowEx lade till en webbplats i en prärie, vilket är ett viktigt men understuderat landskap när det gäller snövetenskap. Medan mängden snö i prärierna är mycket mindre än vad som faller i bergen, "en stor andel av den snötäckta jorden anses vara prärie. Snö i dessa områden är viktig för jordbruket och bidrar till översvämningar, sa Vuyovich.

Dessa exponerade landskap har ofta höga vindar som flyttar snö från ett område till ett annat, bildar djupa snödrivor i vissa områden och lämnar endast en lätt damm av snö i andra. På grund av dessa variationer, SnowEx-teamet ville se hur väl fjärranalys kan upptäcka dessa stora förändringar i snötäcket över korta avstånd.

Alla experiment gick smidigt trots pandemin, sa Marshall. "Det finns alltid utmaningar, " han sa, hänvisar till riskerna för hypotermi, laviner och farliga vägförhållanden. "Men COVID var en stor extra utmaning som vi inte var vana vid att hantera." För att säkerställa att alla var säkra, teamet genomförde rutinmässiga covid-19-tester, masker, protokoll för social distansering, och begränsade passagerare i fordon.

SnowEx-team rekryterade också lokala snöforskare för att hjälpa till att samla in data på fältet. "De här teamen var helt avgörande för att göra denna kampanj till en framgång, ", sa Vuyovich. "Det var det enda sättet vi kunde fortsätta SnowEx i vinter."

Efter en framgångsrik vinter i fält, SnowEx-teamet ändrar fokus från snöskor och spektrometrar till bärbara datorer och högpresterande datorer. I mitten av juli, 90 medlemmar av communityn kommer att delta i ett veckolångt hackathon, which will provide tutorials for working with SnowEx data and group projects to build software for analysis of the large datasets. Next winter, the SnowEx team plans to conduct experiments in the Alaskan tundra and boreal forest. Full data analysis involving broader community participation will continue into the future.