Миссия NASA Soil Moisture Active Passive (SMAP), запущенная в 2015 году, ведёт глобальные наблюдения в L-диапазоне радиоволн уже более 10 лет. Измерения с низкой частотой (1,4 ГГц или длина волны 21 см) предоставляют информацию о состоянии поверхности суши в любых погодных условиях, независимо от солнечного освещения.
Основная цель миссии SMAP — предоставить оценки влажности почвы и её состояния (замёрзшая или оттаявшая). Влажность почвы связывает водный, энергетический и углеродный циклы, которые являются основными движущими силами регионального климата и регулируют функционирование экосистем.
Достижения миссии SMAP
За время работы на орбите миссия SMAP достигла значительных научных результатов. Данные используются для количественной оценки связей между тремя основными метаболическими циклами (например, углеродным, водным и энергетическим) на суше. Они также применяются для улучшения оценок засухи и прогнозирования наводнений, а также точности моделей численного прогноза погоды (ЧПП).
Данные SMAP используются для измерения жидкой воды и толщины ледяных покровов, а также солёности поверхности моря.
Применение данных SMAP
Данные SMAP находят широкое применение в прикладных науках и системах поддержки принятия решений при стихийных бедствиях. Оценки влажности почвы, основанные на наблюдениях SMAP, предоставляют ценную информацию для управления водными ресурсами, такими как мониторинг сельскохозяйственной засухи и объёмов паводков.
Проект SMAP производит параллельный поток данных практически в реальном времени, к которому обращаются различные федеральные и государственные агентства для поддержки принятия решений, связанных с мониторингом засухи, продовольственной безопасностью и ландшафтной затопленностью.
Влияние на численный прогноз погоды
Улучшение прогнозов слабо синоптически обусловленных или несвязанных струйных течений (GPLLJs) по сравнению с прогнозами циклонически индуцированных связанных GPLLJs. Например, модель NASA Unified Weather Research and Forecasting с 75 GPLLJs при разрешении 9 км как с учётом данных SMAP о влажности почвы (SMAP DA), так и без них (no-DA), показывает, как средняя разница скоростей ветра между SMAP DA и no-DA увеличивается примерно линейно в течение симуляции с максимальными различиями на уровне 850 гПа для входа и ядра струи.
Мониторинг ледяных покровов
Потеря массы ледяных покровов Гренландии и Антарктиды способствует повышению уровня моря — одному из наиболее значимых и непосредственных последствий изменения климата.
Миссия SMAP работает с Программой прикладных наук NASA Earth Science Division (теперь известной как Earth Science to Action) и сообществами по мониторингу и прогнозированию стихийных бедствий для предварительной и последующей реализации продуктов SMAP в их операциях.
Программа Early Adopter (EA)
Программа SMAP’s EA увеличивает осведомлённость о продуктах миссии, расширяет сообщество пользователей, способствует сотрудничеству с потенциальными пользователями, улучшает знание о возможностях продуктов данных SMAP и ускоряет распространение и использование продуктов миссии после запуска.
Данные о влажности почвы SMAP используются Министерством сельского хозяйства США (USDA) для внутренних и международных приложений урожайности сельскохозяйственных культур. Например, Национальная служба сельскохозяйственной статистики (NASS) Министерства сельского хозяйства США проводит еженедельные опросы о ходе уборки урожая, состоянии урожая и состоянии влажности почвы для сельскохозяйственных угодий США.
Борьба с помехами
Хотя SMAP работает в защищённом диапазоне частот 1400–1427 МГц, на радиометр воздействовали радиочастотные помехи (RFI) в течение всего срока миссии. Неавторизованные передатчики в диапазоне частот, а также внеполосные излучения от передатчиков, работающих рядом с выделенным спектром, наблюдались в измерениях SMAP с момента его запуска.
Для обнаружения и фильтрации RFI в SMAP был разработан специальный бортовой цифровой детектор. Алгоритмы наиболее эффективны при фильтрации RFI, которые редки во времени и частоте, с минимальным влиянием на эквивалентную шумовую дельту температуры (NEDT) — меру чувствительности радиометра.
Продукты научных данных SMAP
Текущий набор продуктов научных данных SMAP доступен в таблице. Основные продукты данных сгруппированы по четырём уровням, обозначенным как L1–4. Продукты L1 представляют собой инструментальные измерения яркости в L-диапазоне в Кельвинах и включают все четыре параметра Стокса. Продукты L1B упорядочены по времени и включают передние и задние измерения. Продукты L1C находятся на равновеликой масштабируемой сетке Земли V2 (EASE2) с полярными и глобальными проекциями. Продукты L2 — это геофизические данные (например, влажность почвы, VOD и двоичная классификация замерзания/оттаивания на фиксированной сетке Земли).
Проект SMAP также производит данные L4, которые являются результатом ассимиляции данных. Продукты L4 используют другие наблюдения за окружающей средой, такие как осадки, температура и влажность воздуха, радиационные потоки на поверхности земли, а также дополнительную информацию о землепользовании и текстуре почвы, для получения оценок влажности поверхности (номинально 0–5 см) и подпочвы (например, корневая зона до метра).
Система ассимиляции данных также предоставляет оценки поверхностных потоков углерода, энергии и воды, таких как испарение, сток, валовая первичная продуктивность (GPP) и дыхание. Разница между GPP и дыханием — это чистый обмен веществ в экосистеме, который является чистым источником/стоком углеродного цикла на суше.