I fiocchi di neve che ricoprono le montagne o indugiano sotto le chiome degli alberi sono una risorsa di acqua dolce vitale per oltre un miliardo di persone in tutto il mondo. Per aiutare a determinare quanta acqua dolce viene immagazzinata nella neve, un team di ricercatori finanziati dalla NASA sta creando uno strumento basato su computer che simula il modo migliore per rilevare la neve e misurarne il contenuto d'acqua dallo spazio.

contenuto d'acqua della neve, o equivalente in acqua della neve (SWE) è un "santo graal per molti idrologi, "ha detto Bart Forman, ricercatore principale del progetto e professore presso l'Università del Maryland, Parco del Collegio. Quando la neve si scioglie, la conseguente pozza d'acqua è il suo SWE.

Negli stati occidentali degli Stati Uniti, la neve è la principale fonte di acqua potabile e l'acqua della neve contribuisce in modo determinante alla produzione di energia idroelettrica e all'agricoltura.

Alcuni cambiamenti nei modelli di nevicate sono indicatori del cambiamento climatico. Ad esempio, temperature più calde fanno cadere l'acqua sotto forma di pioggia invece che di neve. Di conseguenza, alcune montagne non sono in grado di trattenere l'acqua sotto forma di manto nevoso come una volta, il che significa che la pioggia inonda i fiumi e le inondazioni sono più intense. Quando la stagione delle inondazioni è finita, la siccità può essere più grave.

Il nuovo approccio di Forman segue gli sforzi della NASA per studiare SWE dai satelliti, aerei e il campo. Lo spettroradiometro per immagini a risoluzione moderata (MODIS) è uno strumento a bordo di due satelliti che cattura immagini quotidiane della Terra. MODIS è in grado di identificare terreni innevati e ghiaccio su laghi e grandi fiumi. La missione Global Precipitation Measurement (GPM), una costellazione internazionale di satelliti, può osservare pioggia e neve che cade su tutto il globo ogni due o tre ore.

Oltre alle osservazioni spaziali, La NASA gestisce una campagna più vicina a casa chiamata SnowEX. La campagna è un programma quinquennale che include osservazioni aeree e quindi lavoro sul campo per rivelare ciò che gli sforzi satellitari non fanno. SnowEX consente ai ricercatori di esaminare terreni complessi che possono essere difficili da caratterizzare dallo spazio. La campagna del prossimo inverno collaborerà con l'Airborne Snow Observatory, che misura la profondità della neve e le caratteristiche della neve.

L'importanza della neve e della sua acqua

"Ci piacerebbe avere una mappa globale della SWE, " ha detto Edward Kim, uno scienziato ricercatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Però, non esiste un'unica tecnica in grado di misurare SWE a livello globale perché le proprietà della neve variano a seconda di dove atterra, ha detto Kim. Spesso forma uno strato più profondo nelle foreste, dove è riparato dal sole, ma mantiene un profilo meno profondo nella tundra e nella prateria, dove è esposto al vento e alle temperature più elevate.

La neve cambia la sua forma mentre cade in superficie e poi continua a cambiare nel suo luogo di riposo. La sua forma può determinare quale sensore è in grado di osservarlo, Kim ha detto, aggiungendo un'altra complessità alla stima SWE.

Forman e il nuovo strumento del suo team determineranno la combinazione più efficace di sensori satellitari per produrre la maggior parte dei dati. "Lo strumento ci mostrerà come fare scelte intelligenti su come combinare i sensori, " ha detto Kim.

Una storia di sensori diversi

Lo strumento valuta tre diversi tipi di sensori in orbita attorno alla Terra:radar, radiometro, e lidar.

Il team ha esaminato le informazioni radar e radiometriche dai sensori esistenti, come il radiometro Advanced Microwave Scanning Radiometer 2 (AMSR2). Il sensore è stato lanciato come una partnership guidata dalla Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) per catturare le emissioni di microonde dalla superficie e dall'atmosfera della Terra. Ha lo scopo di identificare il manto nevoso, temperature della superficie del mare, l'umidità del suolo e altri fattori critici per la comprensione del clima terrestre.

Per le osservazioni radar, il team ha incluso i dati dei satelliti Copernicus Sentinel 1A e 1B dell'Agenzia spaziale europea (ESA), che monitorano le superfici terrestri e oceaniche.

Oltre a includere sensori radar e radiometrici, che stanno attualmente monitorando la neve dallo spazio, la simulazione del nuovo strumento include lidar; lidar ha volato a bordo di aeroplani per misurare la neve su aree specifiche. Ad esempio, la campagna SnowEx e l'Airborne Snow Observatory della NASA utilizzano il lidar per determinare la profondità della neve e SWE. "Possiamo aiutare a esplorare la domanda, e se avessimo una missione satellitare di osservazione nello spazio incentrata sulla neve?", ha detto Forman.

Di supercomputer e satelliti

"Per fare tutto questo, devi usare i supercomputer, " ha detto Forman. In particolare, il Discover Supercomputer presso Goddard e il cluster High-Performance Computing Deepthought2 presso l'Università del Maryland.

Una volta che i dati dei diversi sensori sono nello strumento di simulazione, il team è in grado di eseguire esperimenti che includono diversi scenari, come mettere un satellite in un'orbita contro un'altra, o guardando dal satellite un'ampia fascia rispetto a una stretta fascia della Terra. Con questa serie di esperimenti, possono confrontare il rendimento di una determinata combinazione rispetto a uno scenario di riferimento, ha detto Forman.

Come regola generale, con più satelliti in orbita, gli scienziati avrebbero dati di qualità superiore, ha detto Forman. Però, "Possiamo chiedere, qual è il guadagno marginale se avessimo un radiometro in più?" ha detto Forman.

Il nuovo strumento di simulazione del rilevamento della neve aiuterà a creare una strategia di osservazione della neve basata sullo spazio per comprendere meglio questa vitale risorsa di acqua dolce. Il simulatore verrà utilizzato per "continuare a porre domande su cosa dovrebbe essere il prossimo e come dovremmo pianificare tra 20 anni o più, " ha detto Forman.

Questo nuovo strumento di simulazione della neve è finanziato dall'Earth Science Technology Office della NASA.