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Isis Brangers, estudiante de doctorado de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), examina los cristales de nieve cerca de Stanley, Idaho.Créditos: Cortesía de HP Marshall, Boise State University

A medida que se derriten las últimas nieves, los equipos de SnowEx de la NASA recogen las raquetas, los esquís y los instrumentos científicos que han utilizado durante todo el invierno para estudiar la nieve en las montañas y las praderas. Ahora, están dirigiendo su atención a un tipo diferente de montaña,  la de todos los datos que recogieron.

Este año, los equipos de SnowEx realizaron mediciones de la nieve en seis lugares del oeste de Estados Unidos, sobre el terreno y con drones y aviones que sobrevolaban la zona. Esta información ayudará a los científicos a determinar la cantidad de agua que contiene el manto de nieve invernal, lo cual es crucial para la gestión de los recursos hídricos para el consumo, la agricultura, la energía hidroeléctrica, la previsión de inundaciones, la gestión de sequías e incendios forestales y mucho más.

Además de estudiar la nieve, los investigadores de SnowEx también están evaluando la precisión con la que diversas técnicas pueden medir la nieve en diferentes entornos. En el futuro, la NASA espera lanzar un satélite dedicado a estudiar la nieve -y el agua que almacena- desde el espacio, con el fin de comprender cómo los cambios en el manto de nieve afectan a las sequías, los incendios forestales, etc. Uno de los principales objetivos de la campaña SnowEx, que durará varios años, es averiguar qué instrumentos pueden ser los más adecuados para esta tarea.

Ella Bump, estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Colorado, examina los cristales de nieve dentro de un pozo de nieve cerca de Cameron Pass, Colorado. Créditos: Cortesía de Dan McGrath, Universidad Estatal de Colorado

" No vamos a resolver el problema de la vigilancia de la nieve desde el espacio con una sola tecnología", afirma HP Marshall, profesor asociado de la Universidad Estatal de Boise y co-científico del proyecto SnowEx 2021. "Una gran parte de SnowEx es averiguar la mejor manera de combinar el trabajo de campo, la teledetección y la modelización en un solo marco".

En 2020, la campaña SnowEx se interrumpió debido a la pandemia COVID-19 y el equipo no pudo terminar sus experimentos aéreos. Para 2021, el equipo científico tenía tres objetivos principales: llevar a cabo una serie temporal de observaciones de Radar de Apertura Sintética Interferométrica (InSAR) de banda L en diversas condiciones de nieve, medir la reflectividad de la superficie de la nieve y estudiar la distribución de la nieve en un paisaje de pradera.

Un avión Gulf Stream 3, que transportaba el instrumento UAVSAR (Uninhabited Aerial Vehicle Synthetic Aperture Radar) del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, sobrevoló siete lugares de Colorado, Utah, Idaho y Montana desde mediados de enero hasta finales de marzo. El UAVSAR es un InSAR de banda L, un tipo especial de radar, que SnowEx utiliza para medir los cambios en la masa del manto de nieve.

Randall Bonnell y Lucas Zeller, estudiantes de posgrado de la Universidad Estatal de Colorado, recogen una muestra de núcleo de agua nevada en el sitio de Cameron Pass, Colorado.Créditos: Cortesía de Dan McGrath, Universidad Estatal de Colorado

La masa del manto de nieve puede cambiar de forma drástica de un vuelo UAVSAR a otro. Por ejemplo, una gran tormenta de nieve puede arrojar grandes cantidades de nieve en una zona durante un corto período de tiempo. Parte de la nieve puede derretirse o sublimarse, saltando la fase líquida y pasando directamente de sólido a gas. También puede ser redistribuida por los vientos fuertes.

El equipo de SnowEx está probando la capacidad del sensor UAVSAR para detectar estos diferentes cambios en la masa de nieve. La suma de los cambios en la masa de nieve a lo largo de la temporada invernal ayudará al equipo a calcular la cantidad de agua almacenada en el manto de nieve estacional, o equivalente de agua de nieve (SWE). "Con el UAVSAR, lo que buscamos es el cambio en el SWE de un vuelo a otro", dijo Carrie Vuyovich, científica principal de la nieve para el Programa de Hidrología Terrestre de la NASA, en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.

Programado para 2022, la NASA y la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) planean lanzar el satélite NISAR para estudiar los cambios en la superficie de la Tierra desde el espacio. El NISAR llevará un instrumento de radar de banda L similar al UAVSAR, y el equipo de SnowEx está probando cómo pueden utilizar las observaciones del NISAR para estudiar la nieve.

Ella Bump, estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Colorado, examina los cristales de nieve dentro de un pozo de nieve cerca de Cameron Pass, Colorado. Créditos: Cortesía de Dan McGrath, Universidad Estatal de Colorado

Mientras los aviones sobrevolaban la zona, los científicos recogían datos sobre el terreno. Midieron las características de la nieve, como su profundidad y densidad, el tamaño de los granos de nieve, la temperatura, el grado de reflexión de la superficie de la nieve y la cantidad de hielo, nieve o agua líquida que hay en el manto de nieve. El equipo tomó estas mediciones en pozos de nieve, agujeros del tamaño de un coche excavados en la nieve. Desde el interior de los pozos, los científicos tomaron muestras a diferentes profundidades para ver cómo variaban las características del manto de nieve de una capa a otra.

Los observadores de SnowEx también midieron el manto de nieve con herramientas de teledetección terrestre similares a las utilizadas desde el aire y el espacio. Los datos recogidos durante la SnowEx están a disposición del público en el Centro Nacional de Datos sobre Nieve y Hielo; cada mes se publican más conjuntos de datos a medida que los científicos de todo el país terminan de procesar cada uno de los conjuntos de datos en bruto y los comprueban detenidamente en busca de errores.

Lucas Zeller, estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Colorado, mide la nieve acumulada en un intervalo de tablero en Cameron Pass, Colorado. Créditos: Cortesía de Dan McGrath, Universidad Estatal de Colorado

Los científicos con raquetas de nieve o esquís también utilizaron espectrómetros de mano para medir el albedo, es decir, el grado de luminosidad y reflexión de la superficie de la nieve. El albedo desempeña un papel muy importante en la rapidez con la que se derrite la nieve. Depende de una serie de factores, como el tamaño y la forma de cada uno de los cristales de nieve, la cantidad de nieve que ya se ha derretido y las impurezas, como el polvo, que hay sobre la nieve.

Desde el aire, los investigadores midieron el albedo con el instrumento Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) Next Generation del Jet Propulsion Laboratory de la NASA. La comparación de las mediciones efectuadas desde el aire y desde el suelo ayudará a los científicos a determinar cómo contribuyen los distintos factores al albedo de la nieve.

Este año, el equipo de SnowEx ha añadido un emplazamiento en una pradera de Montana para comprender las nevadas en estos paisajes expuestos. Créditos: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA/Estudio de Visualización Científica.

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Este año, SnowEx añadió un emplazamiento en una pradera, que es un paisaje importante pero poco estudiado cuando se trata de la ciencia de la nieve. Aunque la cantidad de nieve en las praderas es mucho menor que la que cae en las montañas, "un gran porcentaje de la Tierra cubierta de nieve se considera una pradera. La nieve en esas zonas es importante para la agricultura y contribuye a las inundaciones", explica Vuyovich.

Estos paisajes expuestos suelen tener vientos fuertes que mueven la nieve de una zona a otra, formando profundos ventisqueros en algunas zonas y dejando sólo una ligera capa de nieve en otras. Debido a estas variaciones, el equipo de SnowEx quería comprobar la eficacia de la teledetección para detectar estos grandes cambios en la capa de nieve en distancias cortas.

Las praderas cubiertas de nieve pueden parecer planas desde arriba, pero la nieve en el suelo, a menudo, es arrastrada por el viento de tal manera que forma ventisqueros en algunas zonas y deja otros lugares con sólo una fina capa de polvo. Créditos: Cortesía de Eric Sproles, Universidad Estatal de Montana

Todos los experimentos se desarrollaron sin problemas a pesar de la pandemia, dijo Marshall. "Siempre hay desafíos", dijo, citando los riesgos de hipotermia, avalanchas y condiciones peligrosas de la carretera. "Pero el COVID supuso un gran reto adicional al que no estábamos acostumbrados a enfrentarnos". Para garantizar la seguridad de todos, el equipo puso en práctica pruebas rutinarias de COVID-19, máscaras, protocolos de distanciamiento social y limitación de pasajeros en los vehículos.

Los equipos de SnowEx también contrataron a científicos locales especialistas en nieve para que ayudaran a recopilar datos sobre el terreno. "Estos equipos fueron totalmente decisivos para que esta campaña fuera un éxito", dijo Vuyovich. "Sólo así pudimos continuar con SnowEx este invierno".

Tras un exitoso invierno en el campo, el equipo de SnowEx está cambiando su actividad, pasando de las raquetas de nieve y los espectrómetros a los equipos portátiles y a los ordenadores de gran potencia. A mediados de julio, 90 miembros de la comunidad participarán en un maratón de una semana de duración, en el que se impartirán tutoriales para trabajar con los datos de SnowEx y se llevarán a cabo proyectos de grupo para crear software de análisis de los grandes conjuntos de datos.  El próximo invierno, el equipo de SnowEx tiene previsto realizar experimentos en la tundra de Alaska y en el bosque boreal. El análisis de datos completo, con la participación de una comunidad más amplia, continuará en el futuro.

Randall Bonnell (izquierda), estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Colorado, y Lucas Zeller (derecha), estudiante de máster en la Universidad Estatal de Colorado, tiran del trineo GPR en Cameron Pass, Colorado. Crédito de la imagen del encabezado: Cortesía de Alex Olsen Mikitowicz.

 Fuente:  Por Sofie Bates. Equipo de Noticias de Ciencias de la Tierra de la NASA Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Editor: Sofie Bates

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