Potresti non notare l'acqua nel terreno sotto i piedi, ma svolge un ruolo importante nel mantenerti in vita. Le piante attingono acqua dal suolo nelle loro radici e la usano per crescere. Se non è abbastanza, la siccità che ne deriva può avere impatti che si estendono alle risorse idriche locali, agricoltura regionale e persino prezzi alimentari internazionali. La missione Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) della NASA è stato il primo sistema satellitare a misurare direttamente i cambiamenti globali nell'acqua immagazzinata nel sottosuolo nelle più grandi falde acquifere del mondo. GRACE proseguimento, previsto per il lancio questo mese, continuerà questo importante compito.

"Non esistono prodotti di telerilevamento che siano equivalenti ai dati GRACE nel fornire un'istantanea delle condizioni nelle falde acquifere profonde, " ha detto Brian Wardlow, direttore del Center for Advanced Land Management Information Technologies presso l'Università del Nebraska, Lincoln. Wardlow ha familiarità con il valore di queste informazioni nella comprensione della siccità. Ha lavorato presso il National Drought Mitigation Center (NDMC) a Lincoln quando i dati originali di GRACE sono stati incorporati per la prima volta nei prodotti sperimentali delle mappe settimanali del monitor della siccità degli Stati Uniti. Le mappe mostrano l'umidità del suolo a tre livelli sotterranei:i primi centimetri di terreno, i primi piedi/un metro di terreno (la zona delle radici), e falde acquifere.

Le mappe del monitor della siccità degli Stati Uniti sono uno degli strumenti più importanti della nazione per monitorare la siccità negli Stati Uniti. Sono ampiamente utilizzati dai decisori a livello federale e statale. Per esempio, l'attuale US Farm Bill designa le classifiche sulla siccità contea per contea del Drought Monitor come standard per giudicare l'ammissibilità per alcuni programmi federali di assistenza in caso di catastrofe.

Il climatologo Brian Fuchs di NDMC, uno dei team di scienziati che hanno creato le mappe della siccità, ha spiegato che l'umidità del suolo è scarsamente misurata sul terreno. "Alcuni stati hanno le proprie reti [di terra], ma i dati sono imprevedibili, e ciò rende molto difficile l'utilizzo dei prodotti in una valutazione nazionale, " ha detto. "GRACE copre l'intero paese, e ci aiuta a farci un'idea di dove si trovano le aree umide e secche".

L'NDMC ha anche preso in considerazione i dati GRACE nella produzione di altre risorse NDMC come l'indice di risposta rapida alla siccità (QuickDRI), un progetto sostenuto dalla NASA con più partner istituzionali. QuickDRI è un sistema di allerta precoce per siccità improvvise, che sviluppano rapidamente perdite di umidità del suolo a causa delle ondate di calore e della mancanza di pioggia. L'inizio di una siccità improvvisa è difficile da rilevare a livello del suolo, ma i suoi impatti sull'agricoltura possono essere duri quanto quelli di una siccità stagionale.

Inserire i dati nelle mappe

Quando GRACE è stato lanciato nel 2002, il team scientifico sapeva che i dati sarebbero stati utili per misurare l'esaurimento delle grandi falde acquifere. Però, la maggior parte degli idrologi non aveva familiarità con la misurazione. Una delle poche eccezioni era Matt Rodell, ora capo del Laboratorio di Scienze Idrologiche presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Rodell aveva recentemente svolto la sua ricerca di dottorato su come utilizzare i nuovi dati GRACE per il monitoraggio delle acque sotterranee.

GRAZIA-FO, come GRAZIA, è progettato per misurare i cambiamenti nell'attrazione gravitazionale che risultano dai cambiamenti di massa sulla Terra. Più del 99 percento dell'attrazione gravitazionale media della Terra non cambia da un mese all'altro. Questo perché proviene dalla massa della Terra solida stessa - la sua superficie e il suo interno - e che si muove raramente, o si muove molto lentamente. Acqua, d'altra parte, si muove continuamente quasi ovunque:cade la neve, le correnti oceaniche scorrono, il ghiaccio si scioglie e così via. Mentre i due satelliti GRACE-FO orbitano attorno alla Terra, uno segue da vicino l'altro, le variazioni di massa al di sotto modificano leggermente la distanza tra i due satelliti. La registrazione di questi cambiamenti viene analizzata per creare mappe globali mensili dei cambiamenti e della ridistribuzione della massa terrestre vicino alla superficie.

Poiché le tecniche utilizzate da GRACE registrano la variazione totale della massa da un mese all'altro, non se quel cambiamento si è verificato in superficie, vicino alla superficie del terreno, o ben sotto terra, Rodell e Jay Famiglietti, ora al Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, necessario combinare i dati GRACE con i dati meteorologici e di altro tipo per separare i cambiamenti dell'acqua sotterranea dai cambiamenti in superficie e vicino alla superficie. Dopo diversi esperimenti con le osservazioni combinate, Rodell e Famiglietti sono stati in grado di isolare per la prima volta il segnale di cambio dell'acqua nelle falde acquifere utilizzando i dati del telerilevamento.

Un altro ostacolo tra GRACE e il monitoraggio operativo della siccità era una discrepanza nelle scale temporali e spaziali. I prodotti dati GRACE sono stati prodotti una volta al mese con una risoluzione di circa 115 miglia quadrate (300 chilometri quadrati). I gestori dell'acqua hanno bisogno di nuovi dati ogni pochi giorni per stare al passo con il cambiamento dell'umidità del suolo, e preferirebbero averlo sulla scala della loro contea, distretto o simile area più piccola. Rodell e il suo team a Goddard hanno assimilato i dati GRACE e una registrazione a lungo termine di osservazioni meteorologiche come precipitazioni, temperatura e radiazione solare in un modello idrologico della NASA, chiamato modello della superficie del bacino idrografico. È un modello numerico dei processi idrici ed energetici sulla terra, sviluppato per la ricerca sul ciclo globale dell'acqua. Con sofisticate tecniche di modellazione numerica e analisi dei dati, il team Goddard è stato in grado di ridimensionare i dati GRACE, questo è, adattare le sue scale temporali e spaziali più grandi per "adattarsi" alle scale più fini del modello.

The team generated experimental drought indicators from downscaled data each week from 2011 until the GRACE mission ended in October 2017.

Looking Ahead

Because the original GRACE mission ended after the end of the growing season last fall, 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."