Di fronte alla meraviglia della neve, al suo potere di rendere ovattato il mondo e perfetti i pendii per gli appassionati di sport invernali, ci dimentichiamo spesso quale sia il suo ruolo più importante: essere una riserva di acqua. In termini quantitativi a quanto ammonta tale riserva? Questa la domanda cui tenterà di fornire risposta la NASA nei prossimi anni. Attualmente tali misurazioni, definite SWE (snow water equivalent), vengono effettuate per via aerea o terrestre soltanto in alcune località sparse nel mondo. Mancano dunque dati di riferimento globale. Ciò che la NASA spera di realizzare nel prossimo futuro è uno studio della copertura nevosa del globo direttamente dallo spazio.
Una combinazione di misure
Per gettare le basi del futuro studio spaziale della neve, la NASA ha avviato una campagna pluriennale di studi ribattezzata SnowEx, che prevede di effettuare misurazioni sia per via aerea che via terra, negli Stati Uniti occidentali.
“Per progettare una missione in grado di misurare tutte le caratteristiche della neve, gli scienziati devono determinare quale combinazione di strumenti utilizzare, poiché nessuno strumento può farlo da solo”, spiega la NASA.
Scopo di SnowEx sarà dunque di “misurare le proprietà della neve come profondità, densità, granulometria e temperatura utilizzando una varietà di strumenti, via terra e aria”. Ci si prefigge di combinare quante più strumentazioni possibili, dai radar al lidar, dalle osservazioni sul campo alla elaborazione di modelli.
I limiti dei rilievi per via aerea
Nello studio della copertura nevosa, come anticipato, misurazioni effettuate esclusivamente per via aerea mostrano degli evidenti limiti. “Ad esempio, la neve che cade nelle foreste si impiglia nei rami o raggiunge il terreno, rimanendo coperta dalla chioma degli alberi, rendendo più difficile la misurazione a distanza rispetto alla neve che cade su un paesaggio aperto”, spiegano gli esperti.
“Le osservazioni aeree ci consentono di raccogliere dati ad alta risoluzione su una vasta area, consentendo la simulazione di osservazioni di remote sensing che potremmo ottenere da un satellite, a una gamma di risoluzioni ed estensioni spaziali”, afferma Carrie Vuyovich, parte del team di SnowEx 2021, capo squadra nel NASA’s Terrestrial Hydrology Program e scienziata presso il NASA’s Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland. “Le osservazioni al suolo non hanno la stessa copertura spaziale, ma ci consentono di convalidare la tecnica di telerilevamento in più località”.
Il programma 2021
Nel corso dell’anno il team di SnowEx utilizzerà sistemi lidar, radar e di imaging per stimare dall’alto la profondità della neve, i cambiamenti nei valori SWE e l’albedo della superficie nevosa. Al contempo raccogliendo dati complementari nelle stesse località via terra, allo scopo come precedentemente descritto, di confermare i dati raccolti per via aerea.
Sono principalmente 3 gli obiettivi definiti per il 2021. Il primo obiettivo è ripetere la serie temporale di misurazioni effettuate con la tecnica radar InSAR (in grado di stimare la profondità della neve in maniera similare al lidar), interrotta a causa della pandemia nella primavera del 2020. Senza scendere nel dettaglio del funzionamento della metodica, alquanto ostile per i non addetti ai lavori, le misurazioni radar sono già riprese nel mese di gennaio, con cadenza settimanale, e continueranno fino a fine marzo, su sei località di Idaho, Utah, Colorado e Montana. La tecnica INSAR vedrà un update nell’anno venturo, quando la NASA e l’Indian Space Research Organisation (ISRO) lanceranno NISAR, una missione spaziale che vedrà appunto l’utilizzo della tecnica InSAR su scala globale, per studiare non solo la neve, ma anche la terra, l’acqua, il ghiaccio della superficie terrestre.
Secondo obiettivo del 2021: il team utilizzerà uno spettrometro – uno strumento che misura l’intensità della radiazione visibile e infrarossa in funzione della lunghezza d’onda – per studiare l’albedo, in particolare su terreni boscosi e ripidi durante il periodo di fusione della neve. Anche in questo caso si tratterà di dati raccolti tramite voli, grazie a strumentazioni altamente innovative (AVIRIS-NG), su due siti in Colorado nei mesi di marzo e aprile.
Un terzo obiettivo per il 2021 sarà studiare le proprietà della neve nei paesaggi delle praterie. Ben diverso come approccio dai versanti montani a causa della ridotta profondità degli accumuli. “I paesaggi della prateria sono identificati come una lacuna nelle nostre capacità di telerilevamento”, spiega la dottoressa Vuyovich.
“Il substrato – il terreno sottostante – influenza i segnali e la capacità di misurare la neve bassa. Inoltre, la distribuzione spaziale della neve in quell’ambiente è diversa da quella di altri ambienti e può essere difficile da misurare e convalidare. Il vento gioca un ruolo significativo nella ridistribuzione della neve nel paesaggio, che include campi, raccolti, stoppie e fossati, definendo in alcune zone accumuli significativi e in altre chiazze nude”.
Studi in campo
I rilievi di campo, già avviati nel corso dell’inverno, vedono invece i tecnici impegnati nello scavare delle vere e proprie buche nella neve delle dimensioni di un’auto, fino a toccare il suolo, così da misurare nel dettaglio la profondità della neve, il contenuto d’acqua, la temperatura, la riflettanza e la dimensione dei grani nelle pareti della fossa.
Altri membri del team, dotati di sci o ciaspole, effettuano misurazioni manuali della profondità della neve e dell’albedo attraverso spettrometri manuali. Utilizzando inoltre un micro penetrometro, è possibile raccogliere informazioni sulla durezza e microstruttura della neve. Misurazioni radar vengono infine effettuate montando la strumentazione su motoslitte, al fine di verificare i cambiamenti di proprietà della neve in un’area corrispondente a un tipico pixel da sensore satellitare.
L’importanza dei modelli
Tutte le informazioni raccolte sul campo e per via aerea saranno alla base della definizione di modelli che aiutino a prevedere i cambiamenti della neve su terreni diversi, in tempi diversi.
“La definizione di modelli colma le lacune nel rilevamento a distanza e nelle osservazioni a terra“, spiega HP Marshall, professore associato presso la Boise State University. “In aree difficili da misurare come le foreste, i modelli possono utilizzare osservazioni di telerilevamento in aree aperte per definire i modelli di precipitazione, consentendo previsioni delle proprietà della neve anche nelle foresta. Alcuni degli approcci di telerilevamento che misurano la profondità, come il lidar, richiedono anche modelli per stimare la densità della neve, per consentire la conversione della profondità in SWE”.
Come evidenziato dalla dottoressa Vuyovich, tali modelli potranno essere importanti anche a scopo pratico. “I modelli potrebbero aiutare i gestori delle riserve idriche nel prendere decisioni. Il programma di idrologia terrestre della NASA e gli sforzi di SnowEx aiuteranno a progettare ciò di cui abbiamo bisogno da un satellite: quale copertura, frequenza temporale, precisione e risoluzione sono necessarie. I modelli possono anche aiutarci a colmare le lacune attualmente presenti nel campo delle osservazioni spaziali “.
Osservazioni di campo in tempi di pandemia
Per non fermare del tutto i monitoraggi in campo nel corso della pandemia, nel rispetto delle restrizioni agli spostamenti in vigore negli Stati Uniti, il team di SnowEx ha creato delle squadre locali, che comprendono anche studenti e ricercatori provenienti da diversi laboratori e università governative che, nei giorni in cui vengono condotti i sopra menzionati sorvoli, si attivano per le misurazioni via terra, senza andare oltre le 2 ore di auto da casa.
Attenzione anche alla citizen science
Il progetto SnowEx vede anche la collaborazione di scuole e organizzazioni locali, per programmi educativi e attività di citizen science. Quest’anno purtroppo tali attività si sono svolte e si stanno svolgendo soltanto via web, attraverso blog, video e raccolta dati a distanza. Tutti gli interessati possono seguire gli aggiornamenti del progetto sul blog della NASA.
