È il periodo più meraviglioso dell'anno:il momento in cui la campagna SnowEx della NASA colpisce i cieli e il suolo dei luoghi innevati del mondo, misurare le proprietà della neve per capire quanta acqua è contenuta nelle nevicate di ogni inverno.

La neve è una fonte vitale di acqua potabile, l'agricoltura e l'energia elettrica negli Stati Uniti occidentali e in altre località del mondo. Per sapere quanta acqua sarà disponibile la primavera successiva, i gestori delle risorse idriche e gli idrologi devono sapere dove è caduta la neve, quanto c'è e come cambiano le caratteristiche man mano che si scioglie. Misurazione dell'equivalente in acqua della neve, o SWE, dice loro quanta acqua è contenuta all'interno del manto nevoso.

La NASA attualmente non ha una missione satellitare globale per tracciare e studiare SWE. Le misurazioni in volo di SnowEx, le misurazioni del suolo e la modellazione al computer stanno aprendo la strada allo sviluppo futuro di una missione satellitare globale per la neve. Ecco alcune cose che terranno d'occhio nella campagna 2020.

Nell'aria …

La neve è difficile da misurare perché le sue caratteristiche cambiano a seconda del terreno su cui cade, quanto è profondo e se si sta sciogliendo. Nessuno strumento o misura può misurare sempre tutti i tipi di neve, ha detto la squadra.

"Le lacune della ricerca nel telerilevamento della neve possono essere raggruppate per classi climatiche della neve:neve della tundra, neve nei boschi, neve nelle aree marittime e dal modo in cui la neve si evolve nel tempo, " ha detto Carrie Vuyovich, uno scienziato ricercatore presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, L'attuale vice scienziato del progetto del Maryland e di SnowEx 2020. "Le diverse caratteristiche della neve influiscono in modo diverso sulle misurazioni".

Il monitoraggio dell'equivalente acqua-neve (SWE) durante la stagione aiuta gli idrologi e i gestori delle risorse idriche a sapere quale acqua sarà disponibile quando si scioglierà in primavera, nonché un piano per possibili inondazioni o siccità.

"Non è tanto la profondità della neve, questa è la misura con cui la maggior parte delle persone probabilmente ha familiarità, " ha detto Ed Kim, un ricercatore presso Goddard ed ex scienziato del progetto di SnowEx. "Sai, in inverno, se nevica e devi spalare il vialetto, vuoi sapere quanti centimetri di neve devi spalare. Ma stiamo cercando l'equivalente in acqua:quanta acqua rappresenta la neve e cosa significa per inondazioni e siccità".

La campagna aerea SnowEx farà volare radar e lidar (rilevamento e distanza della luce) per misurare la profondità della neve, radar a microonde e radiometri per misurare SWE, fotocamere ottiche per fotografare la superficie, radiometri a infrarossi per misurare la temperatura superficiale, e imager iperspettrali per documentare il manto nevoso e la composizione. Alcuni di questi strumenti funzionano meglio di altri su diversi tipi di terreno, vegetazione e condizioni della neve, e vedere dove e quando ciascuno funziona meglio aiuterà gli scienziati della neve a decidere in che modo diverse combinazioni di strumenti potrebbero fornire misurazioni utili per una potenziale missione satellitare.

SnowEx 2020 testerà prima gli strumenti vicino a Grand Mesa, Colorado, che include sia la neve piatta che la foresta. La campagna di quest'anno includerà anche una serie temporale di voli attraverso il Colorado, Utah, Idaho e California mentre la neve si scioglie in primavera, documentare i cambiamenti tra luoghi e stagioni. Il team ha iniziato i voli a dicembre 2019 e terminerà a maggio 2020.

"L'ultima campagna è stata un'istantanea nel tempo, " ha detto Vuyovich. "Non abbiamo visto molti cambiamenti nelle condizioni della neve durante il periodo di tre settimane nel 2017, e alcune tecniche a cui siamo interessati utilizzano un metodo di rilevamento delle modifiche."

La campagna delle serie temporali testerà e convaliderà un metodo di misurazione SWE utilizzando il radar interferometrico ad apertura sintetica in banda L (InSAR), misurato con lo strumento UAVSAR del Jet Propulsion Laboratory della NASA.

"Lo strumento UAVSAR è molto affidabile:viene utilizzato spesso per applicazioni non innevate come la deformazione della superficie terrestre dopo terremoti o vulcani, "ha detto HP Marshall, professore associato alla Boise State University, Idaho e ricercatore presso l'US Army Cold Regions Research and Engineering Lab, e scienziato del progetto SnowEx 2020. "Nei nostri test preliminari nel 2017, abbiamo ottenuto alcuni risultati piuttosto promettenti correlati all'altezza della neve e a SWE, ma non c'è stato un grande cambiamento, quindi non abbiamo potuto testare su una vasta gamma di condizioni. Nel 2020, effettueremo misurazioni InSAR da settimana a bisettimanale durante un esperimento di serie temporali, da condizioni prive di neve attraverso il passaggio nel manto nevoso primaverile umido."

SnowEx testerà anche lo Snow Water Equivalent Synthetic Aperture Radar and Radiometer (SWESARR). SWESARR è stato sviluppato presso la NASA Goddard, e la sua combinazione di misurazioni a microonde attive e passive consente di misurare le caratteristiche della neve e del suolo sottostante, che possono influenzare il segnale a microonde.

SnowEx include partner di università, istituzioni private e altre agenzie governative che apportano competenze e strumenti aggiuntivi, come lo strumento gamma aereo della National Oceanic and Atmospheric Administration e il radar FMCW dell'Università dell'Alabama. Questi strumenti non possono essere utilizzati nello spazio, ma aiuteranno la comunità scientifica della neve a migliorare la loro comprensione della neve in varie condizioni.

Il team confronterà anche i propri dati con i satelliti ICESat-2 della NASA e Sentinel 1A e 1B dell'Agenzia spaziale europea, e immagini ottiche ad alta risoluzione della NASA WorldView e di società di imaging private.

…e a terra

Per sapere se i loro algoritmi sono accurati, il team raccoglie anche dati sul campo. I team di terra di SnowEx 2020 misureranno la profondità della neve, densità, strati di accumulo, temperatura, umidità e granulometria della neve, la dimensione di una particella tipica. La misurazione di queste caratteristiche consente loro di vedere come le diverse posizioni e le caratteristiche a terra influiscono sui dati in volo.

Quest'anno, anche la modellazione al computer in tempo reale sarà integrata nella campagna.

"Il nostro gruppo di modellazione della neve ha lavorato per capire dove vediamo la maggiore incertezza nelle simulazioni del modello di SWE, " disse Vuyovich. Ecco, "incertezza" si riferisce alla gamma di stime da una serie di simulazioni. Il team ha assemblato un insieme di dodici membri di diversi modelli e dati atmosferici per simulare nove anni di stagioni nevose in tutto il Nord America, individuando le aree in cui l'incertezza era più alta.

"La valutazione dei dati in tempo reale ci aiuterà a capire cosa sta guidando l'incertezza". Vuyovich ha detto. "Prossimo, inizieremo a vedere come l'assimilazione di diverse osservazioni di telerilevamento può aiutare a migliorare le nostre stime".