211service.com
La NASA está construyendo nuevas herramientas para gestionar el agua a medida que aumentan los peligros climáticos
Estuardo Rankin
Después de un invierno inusualmente seco, una tormenta al final de la temporada finalmente empapado California a principios de marzo, acumulando varios pies de nieve en las altas reservas de granito de las montañas de Sierra Nevada.
El domingo por la mañana, después de que mejoró el clima, un par de investigadores de la NASA subieron a un avión pequeño en el Aeropuerto Mammoth Yosemite, una operación de una sola pista que se extiende antes del pico de la pirámide del Monte Morrison.
Después de los controles de seguridad finales, los pilotos despegaron, marcando el vuelo inaugural de la temporada del Observatorio Aerotransportado de Nieve. El ASO es un Beechcraft King Air 90 de doble turbohélice, equipado con un par de sensores que apuntan a través de un recorte de vidrio en la parte inferior del avión. El lidar mide el volumen de la capa de nieve de la montaña, mientras que un espectrómetro mide su reflectividad, lo que proporciona una estimación muy precisa de la cantidad de agua que se escurrirá de la montaña en la primavera y cuándo fluirá a través del laberinto de represas, embalses y acueductos de California.
Los datos permiten a las autoridades del agua administrar con más cuidado el agua que carga las centrales hidroeléctricas, alimentando pueblos y ciudades y nutriendo una de las regiones agrícolas más productivas de los Estados Unidos. Hacer bien ese trabajo se ha vuelto cada vez más crítico a medida que el estado lucha alternativamente con sequías prolongadas y inundaciones generalizadas ya que el cambio climático parece exacerbar la volatilidad estacional.
No se puede administrar lo que no se puede medir, dice Thomas Painter, investigador principal del programa ASO, administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena.
Thomas Painter, investigador principal del programa Airborne Snow Observatory de la NASA, frente a la cuenca hidrográfica de San Joaquín. templo de james
Latigazo climático
La Sierra Nevada se extiende 400 millas a lo largo de la frontera sureste de California. Cada año, la capa de nieve que se derrite suministra hasta un tercio del agua del estado.
Administrar ese recurso es una tarea complicada. Los operadores de embalses tienen que dejar salir lo suficiente para evitar inundaciones, mantener los peces y los ecosistemas, recargar las aguas subterráneas y abastecer a las ciudades y las industrias. Pero también deben conservar lo suficiente para satisfacer las necesidades de los agricultores, las empresas y los residentes durante los meses secos del verano.
El programa ASO comenzó sus estudios de nieve en la primavera de 2013 cuando una sequía devastadora se apoderó de California. La sequía histórica obligó a imponer restricciones de agua obligatorias, condenó a más de cien millones de árboles, exacerbó los incendios forestales y redujo las ganancias de la enorme industria agrícola del estado. Luego se detuvo abruptamente en el invierno de 2016-2017 cuando una serie de tormentas arrojaron casi 95 pulgadas de lluvia en algunas partes de la Sierra, marcando el segundo año más lluvioso registrado en California.
Este tipo de latigazo climático podría volverse hasta dos veces más común en el estado, impulsado por el aumento de las temperaturas, el aumento del vapor de agua atmosférico y otros cambios climáticos, según un informe de abril. papel en Naturaleza Cambio Climático . Las inundaciones únicas de 200 años podrían ocurrir cada 40 años a mediados de siglo, encontraron los autores.
Es posible que la precipitación total no cambie mucho en promedio a lo largo de estos cambios bruscos entre años muy secos y muy húmedos, pero no desaparece al final, dice Daniel Swain, autor principal del estudio y científico climático de la Universidad de California. Los Angeles. Tienes todas las desventajas de los años húmedos y los años de sequía. Tienes más riesgos y menos beneficios de esa agua.
En medio de tal turbulencia, la previsión que el programa ASO de la NASA puede proporcionar sobre las condiciones cambiantes de la capa de nieve será fundamental para administrar el agua dentro de un sistema diseñado para el clima del pasado, dice Swain.
En años lluviosos, el programa ayuda a los operadores de embalses a evitar que el agua se desborde en las cuencas e inunde a las comunidades río abajo. En años secos, los datos les permiten hacer un uso más eficiente de los suministros limitados. Para Friant Water Authority, que administra una represa y canales que alimentan un millón de acres de tierras de cultivo del Valle Central, eso significa poner más agua a trabajar para cultivar las frutas y verduras del estado, dice Jeff Payne, director de política de agua de la agencia pública.
Láseres rebotadores
Después de coronar la empinada cara este de la cordillera, el avión llegó a un tramo de gran altitud de la cuenca de San Joaquín, que almacena agua congelada hasta que las miles de granjas del distrito de Friant la necesitan cada primavera.
Dan Berisford, un tecnólogo barbudo de la NASA de 38 años que vestía un gorro tejido y gafas de sol espejadas, se sentó en el asiento trasero izquierdo frente al monitor lidar. Accionó un interruptor que inició la recopilación de datos del sensor.
El avión abrió un camino de cortacésped sobre el terreno, cubriendo largas líneas antes de inclinarse 180 grados. El lidar emite rayos láser pulsados cientos de miles de veces por segundo, recorriendo lateralmente el paisaje. Al medir el tiempo que tarda la luz en reflejarse en la superficie y regresar al sensor, el software del dispositivo puede trazar un mapa tridimensional de la superficie de la nieve. Combinando esa información con observaciones anteriores, los científicos pueden calcular el equivalente de agua de nieve, o el volumen total de agua almacenada en la cuenca en ese punto.
El trabajo principal de Berisford en el avión es el control de calidad, buscando señales reveladoras de que la luz está rebotando en las nubes o en la humedad del aire.
El Observatorio Aerotransportado de Nieve de la NASA, un Beechcraft King Air 90, en el Aeropuerto Mammoth Yosemite. templo james
El espectrómetro funciona al mismo tiempo. Es esencialmente una cámara, pero que puede detectar luz mucho más allá del alcance del ojo humano. Determina la cantidad de luz solar que golpea la nieve y se refleja en la superficie.
La nieve fresca es muy reflectante, lo que ralentiza el derretimiento y ayuda a devolver el calor a la atmósfera. Pero la capa de nieve se vuelve cada vez menos reflectante a medida que los cristales de hielo se fusionan y crecen, y la contaminación del aire y las tormentas ensucian los campos con manchas oscuras y absorbentes en forma de polvo y hollín.
Determinar los niveles cambiantes de reflexión ayuda al equipo a calcular qué tan rápido se derretirá la nieve y cuándo finalmente llegará a los embalses río abajo, dice Berisford.
Más preciso
Los californianos han estado tratando de medir con precisión la capa de nieve de la Sierra durante más de un siglo. Cada invierno, el Departamento de Recursos Hídricos de California envía topógrafos con esquís de fondo y raquetas de nieve a cientos de lugares designados, donde sumergen tubos de medición de aluminio en la nieve. Esos datos se complementan con más de cien estaciones de sensores remotos situadas en todo el rango, donde las almohadas de nieve brindan estimaciones basadas en el peso cambiante de la nieve sobre ellas.
Pero estas instantáneas a menudo no se suman a una imagen precisa de estas extensas cuencas hidrográficas de alta montaña. En algunos años, la cantidad estimada de agua que finalmente llega a embalses como el sistema Hetch Hetchy, que atiende a casi tres millones de clientes en San Francisco, puede disminuir hasta en un 40 por ciento. Eso es más o menos de decenas de miles de millones de galones de agua.
Pero después de cinco años de operación, a través de años muy húmedos, muy secos y promedio, la tasa de error del programa de la NASA promedia alrededor del 2 por ciento, dice Painter.
Es la encuesta más precisa sobre la capa de nieve jamás realizada, dice.
Midiendo desde el espacio
Hasta ahora, el programa ASO de la NASA, que está pasando de una fase piloto a una operativa, ha estado cubriendo solo alrededor de un tercio de la Sierra. Pero la NASA, el Departamento de Recursos Hídricos de California y varios distritos de agua están defendiendo su expansión en todo California. Eso requeriría aviones adicionales, instalaciones y varios millones en fondos anuales. Los representantes de Friant Water Authority y otros distritos de agua han estado en conversaciones con los legisladores para reservar dinero para el programa.
Painter dice que la NASA también está en conversaciones sobre la creación de esfuerzos similares en la cuenca de Columbia que se extiende a través de Oregón, Washington y Canadá, y la cuenca del río Colorado, donde también realizaron vuelos de reconocimiento tempranos.
Historia relacionada
Historia relacionada Los modelos climáticos cada vez más poderosos de Lawrence Livermore Lab han sonado una dura advertencia para California.Los objetivos finales de la NASA son mucho más elevados. El Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland, ha estado realizando una serie de pruebas en las montañas y mesetas cubiertas de nieve alrededor de Grand Mesa, Colorado. El objetivo del proyecto de investigación plurianual, conocido como NieveEx , es determinar qué combinación de sensores y técnicas permitirá a la NASA medir el equivalente de nieve y agua desde el espacio.
Tal como está, los satélites actuales solo pueden determinar la extensión de la nieve en los continentes, no la cantidad de agua que contiene.
El esfuerzo podría ayudar a otras regiones del mundo que luchan con los mismos tipos de desafíos e incertidumbres relacionados con el agua que California. También podría proporcionar datos sobre la reflectividad cambiante del planeta a medida que aumentan las temperaturas y se acumula menos nieve, ofreciendo información sobre un mecanismo de retroalimentación crucial del cambio climático.
Necesitamos una misión satelital que pueda medir la nieve a nivel mundial, dijo Charles Gatebe, científico adjunto del proyecto SnowEx. Estamos buscando las herramientas.
dificil de adaptar
Pero, en última instancia, más y mejor información no puede hacer mucho.
Si los patrones de precipitación cambian tanto como predice el estudio de Swain, la situación exigirá cambios mucho mayores en la infraestructura y las prácticas del agua de California. Y adaptarse a una nueva normalidad es difícil cuando esa nueva normalidad es la volatilidad.
En particular, algunos argumentan que más y peores sequías requerirán que el estado construya embalses adicionales. Pero esa misma medida exacerbaría los riesgos de inundaciones durante los años húmedos, ya que las fuertes lluvias inundan las cuencas.
Otros expertos en gestión del agua de California creen que el estado necesitará desarrollar un sistema mucho más flexible, apoyándose más en las llanuras de inundación y los acuíferos naturales en lugar de los embalses hechos por el hombre. Eso requerirá una infraestructura completamente diferente, que probablemente incluya diques, tuberías y canales, para proteger a las comunidades y transportar el agua.
Esa puede ser la forma más prometedora de mitigar el riesgo, dice Swain. Pero, sinceramente, va a ser un desafío difícil. Va a ser difícil adaptarse.