美国宇航局SnowEx空中战役捕捉到飘流的雪水

参议员贝克盆地FMCW雷达

2017年SnowEx期间,博伊西州立大学副教授汉斯-彼得·马歇尔(Hans-Peter Marshall)和参议员贝克斯诺安全主任安迪·格利森(Andy Gleason)使用调频连续波(FMCW)雷达,向参议员贝克盆地的上游推进。资料来源:美国宇航局/美国农业部农业研究服务处安德鲁·亨德里克

这是一年中最美妙的时光 - 时间美国宇航局Snoxex Campaign击中了世界上雪地的天空,地面,测量雪地性质,了解每个冬季降雪量的水量。

雪是在美国西部和世界各地的其他地点的饮酒,农业和电力的重要水源。要知道以下春季将有多少水,水资源管理人员和水文学需要了解雪已经下降的地方,有多少,以及特征如何变化,因为它融化。测量雪水当量或SWE,告诉他们在积雪中包含多少水。

NASA目前没有全球卫星使命,可以跟踪和学习SWE。Snax的空中测量,地面测量和计算机建模正在为未来的全球雪地卫星使命的发展铺平道路。以下是在2020年的运动中观看的一些东西。

在空中 …

雪是挑战的,因为它的特征根据它落下的地形而改变,这是多么深,无论是融化。团队说,没有人刀具或测量可以衡量所有类型的雪。

“The research gaps in snow remote sensing can be grouped by snow climate classes — tundra snow, snow in forests, snow in maritime areas – and by how snow evolves over time,” said Carrie Vuyovich, a research scientist at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland and SnowEx 2020’s current deputy project scientist. “Different snow characteristics impact the measurements differently.”

SnowEx机载测量

Snax的空中测量,地面测量和计算机建模正在为未来的全球雪地卫星使命的发展铺平道路。信用:NASA / JON SUNDERMAN,海军研究实验室

跟踪季节的雪水当量(SWE)有助于水文和水资源经理知道在春季融化时的水将如何提供水,以及可能的洪水或干旱计划。

戈达德的研究科学家、SnowEx的前项目科学家埃德·金(Ed Kim)说:“问题不在于积雪的深度——这可能是大多数人都熟悉的测量方法。”“你知道,在冬天,如果下雪了,你需要铲你的车道,你想知道你需要铲多少厘米的雪。但我们关注的是水的等量:雪代表多少水,它对洪水和干旱意味着什么。”

SnowEx机载作战将使用雷达和激光雷达(光探测和测距)来测量雪深,微波雷达和辐射计来测量SWE,光学相机来拍摄地表,红外辐射计来测量地表温度,以及高光谱成象仪来记录积雪和积雪成分。在不同类型的地形、植被和积雪条件下,这些仪器中的一些比其他的更好地工作,观察每种仪器在什么地方和什么时候表现最好,将有助于雪科学家决定如何使用不同的仪器组合来为可能的卫星任务提供有用的测量。

Snax 2020将首先测试科罗拉多州大梅萨附近的仪器,包括平坦的雪和森林。今年的竞选活动还将包括科罗拉多州,犹他州,爱达荷州和加利福尼亚州的一系列航班,因为春天融化,记录了地点和季节之间的变化。该团队于2019年12月开始飞行,并于2020年5月完成。

地面团队测量雪

为了了解仪器是否正在进行准确测量,该团队还在地面上收集数据。2020年,地面团队将测量雪深,密度,累积层,温度,湿度和粒度 - 典型颗粒的尺寸。信用:博伊西州立大学NASA / HANS-PETER MARSHALL

“最后一个广告系列是一个快照,”Vuyovich说。“我们在2017年的三周内没有看到雪地条件发生了很大的变化,我们有兴趣使用变更检测方法的一些技术。”

时间序列运动将使用L波段干涉性合成孔径雷达(INSAR)测试和验证SWE测量方法,用美国宇航局喷气推进实验室UAVSAR仪器。

“The UAVSAR instrument is very reliable — it’s flown often for non-snow applications such as deformation of the earth surface after earthquakes or volcanoes,” said HP Marshall, an associate professor at Boise State University, Idaho and researcher with the U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Lab, and SnowEx 2020’s project scientist. “In our preliminary tests in 2017, we got some pretty promising results that correlate with snow depth and SWE, but there wasn’t a very big change, so we couldn’t test over a wide range of conditions. In 2020, we will make InSAR measurements weekly to bi-weekly during a time series experiment, from snow-free conditions through transition into the wet spring snowpack.”

Snyex还将测试雪水等效合成孔径雷达和辐射计(Swesarr)。Swesarr是开发的纳萨戈德德,其主动和被动微波测量的结合,使其能够测量积雪和土壤的特征,这可能会影响微波信号。

Snowex包括来自大学,私人机构和其他政府机构的合作伙伴,他们带来了额外的专业知识和文书 - 例如国家海洋和大气管理机构的空中伽马仪和阿拉巴马大学FMCW雷达。这些仪器不能在太空中使用,但他们将帮助雪科学社会在各种条件下推进对雪的理解。

该团队还将将他们的数据与美国国家航空航天委员会的ICESAT-2进行比较欧洲太空总署Sentinel 1A和1B卫星,来自美国宇航局世界观和私人影像公司的高分辨率光学图像。

......在地上

为了了解他们的算法是否准确,团队还会收集地面上的数据。Snax 2020的地面团队将测量雪深,密度,积聚层,温度,湿度和雪粒尺寸 - 典型颗粒的尺寸。测量这些特性让它们看看有关不同的位置和地面特征如何影响空气传播数据。

今年,实时计算机建模也将融入到这场运动中。

“我们的雪地建模小组一直在努力了解我们在哪里看到了SWE模型模拟中最大的不确定性,”Vuyovich说。这里,“不确定性”是指来自许多模拟的估计范围。该团队组装了一个十二位成员的不同模型和大气数据的集合,以模拟北美的九年的雪季节,确定不确定性最高的地区。

“评估数据实时将有助于我们理解驱动不确定性的原因。”Vuyovich说。“接下来,我们将开始查看不同遥感观测的同化可以帮助改善我们的估计。”

是第一个评论在“NASA Snaxex Airborne Campaign捕捉雪水的漂流”

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