SNOPOST: De studie van nieuwe teledetectiemethoden voor sneeuwpakketten tijdens NASA's SnowEx-campagne

#STEREO, #Webstory, #Sneeuw & IJs, #NASA

Gepubliceerd op 3 mei 2021

De terugkeer van de lentetemperaturen op het noordelijk halfrond doet de sneeuw smelten die zich tijdens de wintermaanden heeft opgehoopt, waardoor zoet water vrijkomt in de beken, rivieren en oceanen van de wereld dat van essentieel belang is voor meer dan een miljard mensen wereldwijd. Het schatten van de hoeveelheid water die in de sneeuwmassa van onze planeet is opgeslagen, is daarom essentieel maar ook bijzonder moeilijk (zie dit artikel).

Met het oog op het ontwerpen van een toekomstige satellietmissie om de hoeveelheid sneeuw op aarde te meten, heeft NASA twee intensieve veldcampagnes georganiseerd tijdens de winters van 2018 en 2020. Deze campagnes, die deel uitmaken van het SnowEx-programma, werden uitgevoerd op Grand Mesa, een uitgestrekt hooggelegen plateau (ongeveer 3500 m) in centraal Colorado, VS. Een internationaal team van sneeuw- en teledetectie-onderzoekers verzamelde een reeks lucht- en veldgegevens om nieuwe concepten voor teledetectie van het sneeuwpakket te kunnen onderzoeken en vergelijken.

Oversteek per sneeuwscooter over het Grand Mesa hoogplateau in Colorado tijdens NASA's SnowEx 2020 campagne. Tijdens de reis wordt de sneeuwdiepte gemeten door een radarsensor die op de sneeuwscooter is gemonteerd.

In het kader van het STEREO-project SNOPOST hebben onderzoekers van de KULeuven deelgenomen aan deze twee campagnes. Ze verzamelden in het bijzonder in situ waarnemingen van de sneeuwhoogte met behulp van een radarsensor op een sneeuwscooter, alsmede gedetailleerde eigenschappen van het sneeuwpakket in sneeuwputten.

Tijdens SnowEx2020 worden in een sneeuwput gedetailleerde eigenschappen van het sneeuwpakket gemeten: sneeuwdiepte, stratigrafie of gelaagdheid van het sneeuwpakket, sneeuwkorrelgrootte en -vorm, temperatuur, vochtgehalte, dichtheid en specifiek oppervlak. In de verte worden transectmetingen van sneeuwdiepte en sneeuwlaageigenschappen verzameld met een micro-penetrometer.

Dankzij de inspanningen in het SNOPOST-project hebben Belgische onderzoekers een nieuwe methode ontwikkeld om de sneeuwhoogte te meten, die is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Deze nieuwe satellietramingen hebben het mogelijk gemaakt de eerste reeks ruimtelijke gegevens over de sneeuwhoogte in bergketens samen te stellen.

Voorbeeld van sneeuwdiepteschattingen met 300 m-resolutie in de Europese Alpen.

Waarnemingen via teledetectie hebben echter ook hun beperkingen. Zij zijn bijvoorbeeld minder nauwkeurig in ondiepe sneeuw met een relatief zwak sneeuwsignaal, in natte sneeuw die signaalabsorptie veroorzaakt, en in beboste gebieden waar het signaal wordt verduisterd door bomen. Om deze problemen op te lossen, hebben onderzoekers satellietwaarnemingen samengevoegd met schattingen uit modelsimulaties met behulp van een techniek die data-assimilatie wordt genoemd. De twee soorten gegevens worden op optimale wijze gecombineerd, waarbij aan de ene of de andere een groter gewicht wordt toegekend naar gelang van de onzekerheid ervan. Zo kan bijvoorbeeld meer gewicht worden toegekend aan de modelsimulaties in het geval van ondiepe of natte sneeuw of in het geval van dichte vegetatie.

Het SNOPOST-project heeft daarom onze kennis van de sneeuwbedekking in de bergen verbeterd door een nieuwe methode te ontwikkelen om waarnemingen uit Sentinel-1-satellietgegevens te extraheren en deze waarnemingen te combineren met modelsimulaties.

Deze vorderingen kunnen in de toekomst zeer nuttig zijn voor een breed scala van toepassingen, zoals waterbeheer, voorspelling van gevaren (overstromingen en lawines) en weersvoorspelling.