Une équipe dirigée par la NASA lancera une campagne aéroportée ambitieuse pour déterminer quelle combinaison de capteurs fonctionnerait le mieux pour collecter des mesures mondiales d'eau de neige depuis l'espace, essentielles pour comprendre et gérer les ressources mondiales en eau douce. Des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Le Maryland fournit la technologie à la mission.

La première campagne hivernale de l'effort pluriannuel, appelé SnowEx, commence le 6 février dit Ed Kim, le scientifique du projet SnowEx à la NASA Goddard. "SnowEx consiste à remettre en question les techniques de détection et les algorithmes... jusqu'à ce qu'ils se brisent, " dit-il. " Ce n'est qu'alors que nous apprendrons quand et où chaque technique fonctionne ou ne fonctionne pas et, bien sûr, Pourquoi. C'est la clé pour trouver un mélange optimal pour une future mission satellite de neige."

Équivalent eau neige, L'endroit doux

Bien que les satellites aient fourni aux scientifiques un demi-siècle de cartes de la couverture neigeuse, montrant l'étendue de la neige sur le paysage, ils se sont avérés peu fiables pour aider les scientifiques à déterminer l'équivalent en eau de la neige, ou SWE, qui est la quantité d'eau que contient le manteau neigeux. Actuellement, SWE peut être mesuré sur le terrain ou calculé en utilisant une combinaison d'observations spatiales et de modélisation.

Pour calculer SWE - informations d'une importance vitale pour les gestionnaires des ressources en eau, pour ne rien dire des plus d'un milliard de personnes dans le monde qui dépendent du manteau neigeux pour leur eau, les scientifiques utilisent des algorithmes et des modèles informatiques sophistiqués qui tiennent compte de l'épaisseur et de la densité de la neige. Cependant, plus précise, des mesures de télédétection sont nécessaires pour améliorer les résultats du modèle.

Les mesures de télédétection proviennent de capteurs aéroportés ou spatiaux, qui soit reçoivent le rayonnement passivement, ou émettent activement un rayonnement dirigé vers le sol. Le rayonnement interagit ensuite avec la cible et est ensuite reçu en retour par le capteur. Cependant, les forêts et la topographie complexe peuvent confondre et compliquer les signaux de télédétection.

Par conséquent, plusieurs capteurs seront pilotés pour déterminer quelle combinaison de capteurs fonctionne le mieux dans différentes conditions de neige. Les connaissances seront appliquées à la formulation d'une mission spatiale pour mesurer la neige et d'autres caractéristiques de la cryosphère à l'échelle mondiale. Il pourrait également être utilisé pour déterminer comment les mesures des missions conçues à d'autres fins pourraient aider à évaluer SWE mondiale.

Quant à la mesure de SWE, chaque capteur offre à la fois des capacités et des limites. Les capteurs hyperfréquences actifs et passifs sont utiles pour mesurer SWE, indépendamment des nuages ​​ou de l'obscurité, tant que la neige n'est pas mouillée, dit Kim. Certains peuvent voir de la neige peu profonde tandis que d'autres perdent leur sensibilité dans des conditions de neige profonde avec un SWE élevé. Lidar, d'autre part, ne sature pas pour la neige profonde, n'est pas efficace pour la neige peu profonde, et ne peut pas voir à travers les nuages. Tous les capteurs ont des problèmes dans les zones densément boisées, bien que le lidar et d'autres soient très prometteurs.

« Nous n'avions jamais eu l'occasion de combiner ces capteurs spécifiques en une seule campagne, " a expliqué Dorothy Hall, un chercheur de l'Université d'État du Michigan et ancien scientifique de Goddard qui fait partie de l'équipe d'organisation de SnowEx. « Nous devons évaluer les performances de chaque capteur pour mesurer les propriétés du manteau neigeux, et comment ils peuvent être utilisés ensemble, pour mesurer le SWE avec précision dans différentes couvertures terrestres."

Détermination du point de rupture

Pour déterminer l'efficacité de chaque technique de télédétection, l'équipe commencera à piloter plusieurs capteurs aéroportés en février au-dessus de Grand Mesa, Colorado. Ce site a été sélectionné par la communauté neige de la NASA lors d'une réunion qui s'est tenue à l'Université de Washington à Seattle au printemps dernier. Un gradient distinct de couverture forestière à Grand Mesa en fait un site polyvalent pour mesurer la neige dans différentes densités de forêt. "C'était une histoire Boucle d'or, ", a déclaré Kim. "Nous voulions un site où il n'y avait pas trop ou trop peu d'arbres."

Le lidar peut être utilisé pour mesurer l'épaisseur de la neige et le SWE si la topographie pré-neige et la densité du manteau neigeux sont connues. Ainsi, une étude de base de la zone avant que la neige ne s'accumule est nécessaire. En septembre, l'observatoire de la neige aéroportée du Jet Propulsion Laboratory a fait voler un lidar pour déterminer les conditions spécifiques du terrain avant la neige. De même, certaines techniques radar bénéficient de données de base « sans neige ». L'équipe pilotera le radar de l'Agence spatiale européenne, SnowSAR, à l'été 2017 pour obtenir une référence « sans neige ».

Instruments Goddard de la NASA

Au début de la campagne en février, la suite d'instruments SnowEx comprendra deux instruments fournis par Goddard :le radiomètre d'imagerie micro-ondes aéroporté à micro-ondes passif, ou AESMIR, et la fonction de réflectance bidirectionnelle Cloud Absorption Radiometer, ou VOITURE. Deux capteurs infrarouges thermiques et une caméra vidéo seront également pilotés.

Le radar à ouverture synthétique de véhicule aérien inhabité, ou UAVSAR, et l'interféromètre de topographie de surface des glaciers et des glaces aéroportées-A, ou GLISTIN-A, seront également pilotés pour fournir des mesures avec deux techniques radar expérimentales. L'UAVSAR tentera de détecter SWE en pénétrant tout le manteau neigeux, tandis que GLISTIN-A tentera de détecter l'épaisseur de la neige en utilisant des techniques de type lidar. En revanche, Le SnowSAR de l'ESA utilise l'approche radar traditionnelle, qui mesure la quantité de diffusion qui se produit dans le manteau neigeux.

Collecte de données de vérité terrain

Une caractéristique majeure de la campagne est un programme robuste de vérité au sol conçu pour valider les données des capteurs, dit Kim. Participation des partenaires fédéraux, comme le US Forest Service et la NOAA, ainsi que des partenaires internationaux du Canada, Norvège, et d'autres pays, est la clé du succès de cette mission. Kelly Aîné, un spécialiste des neiges au Service forestier de Fort Collins, Colorado, dirige cette partie de la campagne SnowEx.

La grande emphase, cependant, reste sur les capteurs aéroportés eux-mêmes, dit Charles Gatebe, qui est le scientifique adjoint du projet SnowEx et chercheur principal du radiomètre d'absorption des nuages ​​qui volera pendant la campagne. "Nous avons besoin d'une mission satellite capable de mesurer la neige à l'échelle mondiale, " dit-il. " Nous cherchons les outils. "