STEREO-onderzoekers publiceren een methode voor satellietgebaseerde sneeuwdieptemetingen in Nature Communications

#Webstory, #STEREO, #Sneeuw & IJs, #Sentinel, #Klimaatverandering

Gepubliceerd op 15 oktober 2019

Het belang van sneeuw wordt vaak onderschat. Op het noordelijk halfrond is ‘s winters bijna 50% van het landoppervlak op aarde bedekt met sneeuw. Wereldwijd zijn meer dan een miljard mensen voor hun drinkwatervoorziening afhankelijk van het smelten van sneeuw. Smeltwater is ook essentieel voor de landbouw en de energieproductie. Bovendien beperkt sneeuw door de sterke reflectie van zonlicht de energie die door de grond wordt geabsorbeerd en dus de opwarming.

Om al deze redenen is het essentieel om kwantitatieve schattingen te hebben van de hoeveelheid sneeuw die in elk gebergte op aarde is opgeslagen.

Om deze sneeuwvoorraden te schatten kunnen we gebruik maken van lokale meetinterpolaties of numerieke weersvoorspellingen. De eerste zijn echter onrealistisch op ontoegankelijke plaatsen waar metingen schaars zijn, en de tweede zijn vaak onnauwkeurig door de grote onzekerheid van sneeuwval in de bergen.

Onderzoekers gebruiken ook verschillende teledetectietechnieken om sneeuwdiepte te bepalen, maar tot nu toe is er nog geen enkele bevredigend op wereldschaal. LiDAR-systemen aan boord van vliegtuigen maken de meest nauwkeurige metingen, maar zijn duur en beperkt tot geselecteerde berggebieden en kunnen alleen bij gunstige weersomstandigheden worden gebruikt. Passieve microgolfsatellietwaarnemingen worden gebruikt in niet-bergachtige gebieden vanwege hun grove ruimtelijke resolutie (ongeveer 25 km). Bovendien is het signaal al op 0,8 m sneeuwdiepte verzadigd.

In het kader van de projecten SNOPOST en C-SNOW, gefinancierd door het STEREO-programma, zijn Belgische onderzoekers er voor het eerst in geslaagd om met behulp van radarsatellietgegevens van het Copernicus-programma Sentinel-1 (Sentinel-1A en Sentinel-1B) de sneeuwdiepte van alle berggebieden in het noordelijk halfrond in kaart te brengen met een resolutie van 1 km². De resultaten van dit onderzoek werden op 11 oktober 2019 gepubliceerd in "Nature Communications".

Gemiddelde sneeuwdiepte in het noordelijk halfrond in februari 2018, gebaseerd op Sentinel-1-gegevens.

In samenwerking met een internationaal team hebben de onderzoekers vanaf winter 2016 tot zomer 2018 in meer dan 700 berggebieden op het noordelijk halfrond de sneeuwdiepte bestudeerd. Door analyse van in-situ- en satellietgegevens hebben ze een algoritme ontwikkeld om de sneeuwdiepte uit C-band (5,4 GHz) microgolfweerkaatsingsmetingen te halen. De sneeuwdieptewaarden die hun model produceerde werden vergeleken met puntmetingen op ongeveer 4.000 plaatsen.

De Belgische onderzoekers namen deel aan de SnowEx-campagne georganiseerd door NASA. Doel van de campagne is het vergelijken van verschillende technologieën voor de detectie van sneeuwtypes die representatief zijn voor de gehele wereld, en het opzetten van de basis voor een toekomstige sneeuw-satellietmissie.

Hans Lievens verklaart de gebruikte methode: “Elektromagnetische golven bestaan uit elektrische en magnetische velden die vibreren loodrecht op de richting waarin ze zich voortbewegen. Met een filter kun je ervoor zorgen dat ze maar in één richting vibreren, bijvoorbeeld verticaal of horizontaal. De radar aan boord van de satelliet zendt verticaal zulke gepolariseerde golven uit. Sneeuwkristallen veranderen het vlak waarin radargolven vibreren. Wanneer de golven de sneeuwdeeltjes bereiken, worden ze gedeeltelijk teruggekaatst naar de satelliet en daarbij wordt hun polarisatie dus veranderd. Hoe meer sneeuw er ligt, hoe meer horizontaal gepolariseerde golven zullen worden geregistreerd. De verhouding tussen het verticale en horizontale gereflecteerde signaal geeft ons informatie over de diepte van de sneeuw.”

In combinatie met de huidige sneeuwobservatiesystemen van de Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) moet de ontwikkelde methode het mogelijk maken om de evolutie van de sneeuwbedekking op wereldschaal in near-realtime te volgen. Ze draagt dan ook in belangrijke mate bij aan het verbeteren van waterdistributiebeheer, het inschatten van overstromingsrisico's in bepaalde gebieden en het bepalen hoe kwetsbaar sneeuwvoorraden zijn voor klimaatverandering.