Nuove mappe globali delle acque sotterranee

I ricercatori della NASA hanno sviluppato nuove mappe satellitari globali settimanali sull'umidità del suolo e sulle condizioni di umidità delle acque sotterranee. Mentre le mappe delle attuali condizioni di asciutto / umido per gli Stati Uniti sono disponibili dal 2012, questa è la prima volta che sono disponibili a livello globale.

«I risultati globali sono importanti perché ci sono poche mappe della siccità in tutto il mondo», ha detto l'idrologo e capo del progetto Matthew Rodell (1) del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. «La siccità di solito è ben nota quando si verifica nelle nazioni sviluppate. Ma quando c'è siccità in Africa centrale, ad esempio, potrebbe non essere notata fino a quando non provoca una crisi umanitaria. Quindi è prezioso avere un prodotto come questo dove le persone possono dire, wow, è davvero secco lì e nessuno lo sta segnalando.»

Queste mappe sono distribuite online dal National Disdom Mitigation Center dell'Università del Nebraska-Lincoln (UNL) per supportare il monitoraggio della siccità negli Stati Uniti e nel mondo.

«Essere in grado di vedere un'istantanea settimanale dell'umidità del suolo e delle acque sotterranee è importante per avere un quadro completo della siccità», ha affermato il professor Brian Wardlow, (2) direttore del Center for Advanced Land Management Information Technologies presso l'University of Nebraska–Lincoln, che lavora a stretto contatto con il dottor Rodell per lo sviluppo di strumenti di rilevamento remoto per il monitoraggio operativo della siccità.

Il monitoraggio dell'umidità del suolo è essenziale per gestire le colture agricole e prevederne le rese, poiché l'umidità del suolo rappresenta l'acqua disponibile per le radici delle piante. Le acque sotterranee sono spesso la fonte di acqua per l'irrigazione delle colture. Sostiene anche i flussi durante i periodi di siccità ed è un utile indicatore di siccità prolungata. Ma le osservazioni sul territorio sono troppo sporadiche per catturare il quadro completo di umidità e secchezza in tutto il paesaggio, come invece può fare la combinazione di satelliti e modelli.

Uno sguardo globale sull’acqua

Sia le mappe globali che le previsioni statunitensi utilizzano i dati della NASA e dei satelliti GRACE-FO (Gravity Recovery Center and Climate Experiment Follow On) di Geosciences, una coppia di navicelle che rilevano il movimento dell'acqua sulla Terra in base alle variazioni del campo di gravità terrestre. GRACE-FO succede ai satelliti GRACE di grande successo, che hanno terminato la loro missione nel 2017 dopo 15 anni di attività. Con l'espansione globale e l'aggiunta delle previsioni statunitensi, i dati GRACE-FO stanno riempiendo le lacune per comprendere il quadro completo delle condizioni di umidità e secchezza che possono portare alla siccità.

Le osservazioni satellitari dei cambiamenti nella distribuzione dell'acqua sono integrate con altri dati all'interno di un modello computerizzato che simula i cicli dell'acqua e dell'energia. Il modello produce quindi, tra altri risultati, mappe variabili nel tempo della distribuzione dell'acqua a tre profondità: umidità del suolo superficiale, umidità del suolo della zona radicale (all'incirca una profondità di tre piedi dal suolo) e acque sotterranee poco profonde. Le mappe hanno una risoluzione di 1/8° grado di latitudine, o circa 8.5 miglia, e forniscono dati continui sull'umidità e sulle condizioni delle acque sotterranee in tutto il paesaggio.

Le mappe satellitari GRACE e GRACE-FO sono tra i set di dati essenziali utilizzati dagli autori di US Drought Monitor, la principale mappa settimanale delle condizioni di siccità per gli Stati Uniti che viene utilizzata dal Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti e dall'Agenzia di Gestione dell'Emergenza Federale, tra gli altri, per valutare quali aree potrebbero aver bisogno di assistenza finanziaria a causa delle perdite dovute alla siccità.

«GRACE ha fornito e GRACE-FO ora fornisce] un campo di applicazione nazionale delle acque sotterranee», ha detto il climatologo e autore del Monitoraggio della Siccità Brian Fuchs, (3) presso il centro di siccità dell'University of Nebraska–Lincoln. Lui e gli altri autori usano più set di dati per vedere dove l'evidenza mostra che le condizioni sono diventate più secche o umide. Per le acque sotterranee, ciò significava risalire ai dati dei pozzi delle acque sotterranee dei singoli Stati per aggiornare la mappa settimanale. «È stato risparmiato un sacco di tempo, avendo in un unico punto lo strato di acqua sotterraneo insieme agli strati di umidità del suolo», ha detto il dottor Brian Fuchs. «I dati ad alta risoluzione che siamo in grado di inserire ci consentono di tracciare quei contorni di secchezza o umidità direttamente sui dati stessi.»

Uno degli obiettivi delle nuove mappe globali è quello di rendere disponibile lo stesso prodotto coerente in tutte le parti del mondo, specialmente nei paesi che non dispongono di infrastrutture di monitoraggio delle acque sotterranee.

«La siccità è davvero un [argomento] chiave... con molte proiezioni del clima e dei cambiamenti climatici», ha detto il dottor Brian Wardlow. «L'enfasi è sull'ottenere informazioni sulla siccità più pertinenti, più accurate e più tempestive, sia che si tratti di umidità del suolo, salute delle colture, acque sotterranee, flusso dell’acqua, [le missioni GRACE sono] al centro di questo», ha detto. «Questi tipi di strumenti sono assolutamente fondamentali per aiutarci ad affrontare e compensare alcuni degli impatti previsti, sia che si tratti della crescita della popolazione, dei cambiamenti climatici o del solo aumento del consumo di acqua in generale.»

La siccità può essere complessa, sia in termini di tempistica che di estensione. In superficie, l'umidità del suolo cambia rapidamente con le condizioni meteorologiche. L'umidità nella zona delle radici cambia un po' più lentamente ma è ancora molto sensibile agli agenti atmosferici. In ritardo rispetto ad entrambi sono le acque sotterranee, poiché sono isolate dai cambiamenti del tempo. Ma per le prospettive a più lungo termine sulla gravità della siccità – o, al contrario, sul rischio di alluvione – le acque sotterranee sono i dati da tenere d'occhio, ha detto Rodell.

«Le mappe delle acque sotterranee sono come una versione rallentata e levigata di ciò che vedi in superficie», ha detto il dottor Matthew Rodell. «Rappresentano l'accumulo di mesi o anni di eventi meteorologici». Tale levigatura fornisce un quadro più completo dell'andamento complessivo in atto in un'area. Avere un conteggio accurato dei livelli delle acque sotterranee è essenziale per prevedere con precisione le condizioni del prossimo futuro.

Il nuovo strumento di previsione che proietta condizioni di umidità e siccità a 30, 60 e 90 giorni per i 48 Stati americani utilizza i dati GRACE-FO per aiutare a stabilire le condizioni attuali. Quindi il modello corre avanti nel tempo utilizzando il sistema di previsioni meteorologiche stagionali Goddard Earth Observing System come input. I ricercatori hanno scoperto che inserendo i dati GRACE-FO le previsioni sull'umidità del suolo e sulle acque sotterranee sono risultate più precise.

Poiché lo strumento è appena stato lanciato, la comunità di utenti sta appena iniziando a lavorare con le previsioni meteo, ma il dottor Wardlow ci vede un enorme potenziale.

«Penso che vedrete i prodotti di monitoraggio GRACE-FO usati in combinazione con le previsioni meteo», ha detto il dottor Brian Wardlow. «Ad esempio, l'attuale risultato statunitense potrebbe mostrare condizioni di siccità moderate, e se guardiamo le previsioni e queste mostrano che il mese prossimo ci sarà un trend di siccità continuo, allora questo potrebbe portare a una decisione differente rispetto a una decisione presa se ci fosse un trend umido.»

Le previsioni degli Stati Uniti e le mappe globali sono disponibili gratuitamente per gli utenti attraverso il portale dati del centro di siccità. (4)

GRACE-FO (5) è una partnership tra la NASA e il Centro di ricerca tedesco per le geoscienze (GeoForschungsZentrum [GFZ]). Entrambi i veicoli spaziali sono gestiti dal Centro operativo spaziale tedesco di Oberpfaffenhofen, Germania, in virtù di un contratto GFZ con il Centro aerospaziale tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt). Il Jet Propulsion Laboratory gestisce la missione della direzione della missione scientifica della NASA presso la sede della NASA a Washington. Caltech a Pasadena, in California, gestisce JPL per la NASA. La missione GRACE-FO è stata lanciata all'inizio del 2018.

GRACE è stata implementata come missione congiunta della NASA e del Centro aerospaziale tedesco. Il Jet Propulsion Laboratory della NASA ha gestito l'implementazione e le operazioni della missione. La missione GRACE è stata ritirata alla fine del 2017.

Lo sviluppo dei prodotti di siccità / umidità è stato finanziato dai programmi della NASA Applied Sciences-Water Resources, Terrestrial Hydrology e GRACE-FO Science Team.

Riferimenti:

(1) Matthew Rodell

(2) Brian Wardlow

(3) Brian Fuchs

(4) NASA Grace

(5) GRACE-FO

Descrizione foto: Le mappe settimanali delle condizioni di asciutto in rosso e bagnato in blu rispetto al record storico sono ora disponibili per il globo a tre profondità: umidità del suolo superficiale, umidità del suolo della zona radicale e acque sotterranee, quest'ultima mostrata in questa visione globale. - Credit: Credit: NASA / Scientific Visualization Studio.

Autrice traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Veronica Pesenti / Articolo originale: NASA, University of Nebraska Release New Global Groundwater Maps and U.S. Drought Forecasts