Скалистые горы в Колорадо, вид с Международной космической станции. Таяние снегов в гористой западной части США является важнейшим природным ресурсом, составляющим до 75% годового запаса пресной воды в некоторых штатах. Кредит: НАСА
Летняя жара оказывает значительное воздействие на горные районы запада США. Талый снег смывает со снежных вершин в реки, водохранилища и ручьи, которые снабжают миллионы американцев пресной водой — до 75% годового запаса пресной воды в некоторых штатах.
Но поскольку изменение климата приводит к новым максимумам зимних температур, летние приливы пресной воды могут иногда замедляться до минимума.
«Сток поддерживает города, которых большинство людей не ожидало», — объяснил Крис Дерксен, гляциолог и научный сотрудник канадского офиса по вопросам окружающей среды и изменения климата. «Большие города, такие как Сан-Франциско и Лос-Анджелес, получают воду за счет таяния снегов».
Чтобы прогнозировать таяние снега с большей точностью, Управление технологий наук о Земле НАСА (ESTO) и группа исследователей из Массачусетского университета в Амхерсте разрабатывают SNOWWI, двухчастотный радар с синтезированной апертурой, который однажды может стать краеугольным камнем будущих миссий, посвященных таянию снега. к измерению массы снега в глобальном масштабе — то, чего не хватает научному сообществу.
SNOWWI стремится заполнить этот технологический пробел. В январе и марте 2024 года исследовательская группа SNOWWI прошла ключевую веху, впервые полетев на своем прототипе на борту небольшого двухмоторного самолета в Гранд-Месе, штат Колорадо, и собрав полезные данные о зимних снежных полях этого района.
«Я бы сказал, что большим достижением является то, что мы перешли от аппаратных средств в лаборатории к чему-то, что создает значимые данные», — объяснил Пол Сикейра, профессор инженерных наук Массачусетского университета в Амхерсте и главный исследователь SNOWWI.
SNOWWI означает интерферометр и скаттерометр с широкой полосой обзора, эквивалентный снеговой воде. Прибор исследует снежный покров с помощью двух радиолокационных сигналов Ku-диапазона: высокочастотного сигнала, который взаимодействует с отдельными крупинками снега, и низкочастотного сигнала, который проходит через снежный покров на землю.
Высокочастотный сигнал дает исследователям четкое представление о консистенции снежного покрова, а низкочастотный сигнал помогает исследователям определить его общую глубину.
«Наличие двух частот позволяет нам лучше отделить влияние микроструктуры снега от влияния глубины снега», — сказал Дерксен, принимавший участие в полевой кампании в Гранд-Месе. «Одна частота — хорошо, две частоты — лучше».
Когда оба этих рассеянных сигнала взаимодействуют со снежным покровом и отражаются обратно к прибору, они теряют энергию. SNOWWI измеряет потери энергии, а исследователи позже соотносят эти потери с особенностями снежного покрова, особенно с его глубиной, плотностью и массой.
С бортовой платформы на высоте 2,5 мили (4 километра) SNOWWI мог нанести на карту 40 квадратных миль (100 квадратных километров) заснеженной местности всего за 30 минут. Из космоса покрытие SNOWWI было бы еще больше. Сикейра работает с Capella Space над разработкой готового к использованию космического корабля SNOWWI для спутниковых миссий.
Но предстоит еще много работы, прежде чем SNOWWI отправится в космос. Сикейра планирует провести еще одну полевую кампанию, на этот раз в горах Айдахо. Гранд-Меса относительно плоская, и Сикейра хочет посмотреть, насколько хорошо SNOWWI сможет измерить снежный покров, спрятанный в складках сложной, асимметричной местности.
Для Дерксена, который тратит большую часть своего времени на количественную оценку содержания пресной воды в снежном покрове в Канаде, наличие надежной базы данных глобальных измерений снежного покрова могло бы изменить правила игры.
«Таяние снега — это деньги. Оно имеет внутреннюю экономическую ценность», — сказал он. «Если вы хотите, чтобы ваш лосось весной плавал в горных ручьях, необходимо таяние снега. Но в отличие от других природных ресурсов, в настоящее время мы действительно не можем за ним очень хорошо следить».
