La copertura stagionale della neve e il pacchetto di neve montano costituiscono una componente critica del ciclo idrico globale, che agisce come un serbatoio naturale che memorizza le precipitazioni durante l'inverno e lo rilascia come acqua di fusione in primavera e in estate. Il telerilevamento ha trasformato la capacità di monitorare questi pacchetti di neve dinamici, spesso inaccessibili da spazio e aerei.

Importanza della copertura di neve e monitoraggio del pacchetto di neve

La copertura di neve influenza l’equilibrio energetico della Terra, l’idrologia e la circolazione atmosferica. Alla scala globale, la neve stagionale colpisce circa un terzo delle aree terrestri ed è la fonte di acqua per oltre un miliardo di persone.

Principi fisici di rilevamento remoto per neve

Ogni tecnica sfrutta specifiche interazioni fisiche: la riflettanza in visibile e quasi infrarosso (VNIR) rivela la dimensione e le impurità del grano di neve; le emissioni a infrarossi termici indicano la temperatura superficiale; la funzione attiva di backscatter a microonde è sensibile alla umidità della neve e alle proprietà dielettriche; e la luminosità del microonde passiva correla con SWE attraverso la percezione dello strato di neve.

Nel dominio ottico (0.4–2.5 μm), la neve secca è altamente riflettente, soprattutto nel visibile (riflessione >90%), mentre diminuiscono in quasi infrarosso come aumenta la dimensione del grano. Questo consente algoritmi di mappare l'area coperta dalla neve e di stimare le dimensioni del grano.

Tecniche di rilevamento remoto chiave per l'analisi della neve

Immagini satellitari ottiche

I sensori ottici (in inglese) sono in grado di coprire le aree ottiche (in inglese) e le aree di protezione (in inglese) (in inglese) e in inglese (in inglese) (in inglese) sono in inglese (in inglese) e in inglese (in inglese) (in inglese) (in inglese) e in inglese (in inglese) (in inglese) (in inglese)

Sensamento termico a infrarossi

I sensori termici a infrarossi (TIR) misurano la radiazione a onde lunghe emesse dalla superficie terrestre nella gamma 8–14 μm. Gli strumenti come il Sensore a infrarossi termico (TIRS) su Landsat 8/9 ( risoluzione 100 m) e il sensore ASTER forniscono ripristini di temperatura superficiale della neve.

Radar e Microonde

I sensori di diffusione del terreno, sia attivi (radar) che passivi (radiometro), offrono funzionalità di tutto il giorno e di notte perché le nuvole sono in gran parte trasparenti a lunghezze d'onda più lunghe.

Nonostante i radiometri a bordo di satelliti come il Radiometro avanzato di scansione a microonde 2 (AMSR2) e il sensore speciale Microonde Imager/Sounder (SSMIS) forniscono una copertura frequente e globale a risoluzione grossolana (5–50 km). Questi sensori misurano la radiazione emessa a microonde a più frequenze. La differenza nella temperatura di luminosità tra i canali ad alta e bassa frequenza (ad esempio, 37 GHz e 19 GHz) è sensibile alla neve a SWE, perché più

LiDAR (Rilevamento della luce e valutazione)

I sistemi di rilevamento di acque reflue e spaziali sono i seguenti: Ice, Cloud e land Elevation Satellite (ICESat-2) con l’altimetro laser ATLAS, e le missioni di scansione laser (ALS), misurare l’elevazione della superficie della neve ad alta precisione (±10 cm verticali).

Approcci di recupero e proprietà neve misurabili

Neve Extent e copertura

La frazione di terra coperta dalla neve (in estensione copertura di neve, SCE) è il prodotto più fondamentale. Gli algoritmi Optical NDSI classificano ogni pixel come neve, nuvola o terra. MODIS fornisce copertura globale giornaliera di neve a 500 m di risoluzione con ~90% di precisione in condizioni chiare. Per gli studi climatici, i cambiamenti in SCE emisferico (in particolare la primavera di fusione) servono come indicatori di cambiamento climatico.

Depth neve

I modelli di apprendimento a distanza in volo LiDAR sono diversi, a terra, o attraverso relazioni empiriche con il backscatter a microonde. Gli altimetri radar sui satelliti (ad esempio, su CryoSat-2 dell’ESA, originariamente progettati per le lastre di ghiaccio) sono stati testati sulla neve stagionale, ma la loro risoluzione spaziale grossolana limita l’uso operativo.

Acqua di Neve Equivalente (SWE)

SWE - la quantità di acqua immagazzinata nel pacchetto di neve - è la variabile più importante idrologicamente, ma è anche la più difficile da ottenere dal rilevamento remoto. Ritricordi a microonde passivi (ad esempio, AMSR2) forniscono prodotti SWE giornalieri a 25 km di risoluzione, ma con grandi incertezze in terreno complesso e neve profonda.

Albedo di neve

La percentuale di radiazione solare riflessa dalla neve (superficie albedo) controlla la velocità di fusione e il feedback del clima. I sensori ottici con più bande quasi infrarosse (ad esempio, bande MODIS 1-7 possono derivare albedo a banda larga tramite modelli di trasferimento radiative. Il prodotto MODIS albedo (MCD43A3) fornisce albedo giornaliero a 500 m, ampiamente utilizzato nella modellazione dell'equilibrio energetico.

Temperatura di superficie della neve

La temperatura superficiale terrestre (LST) da sensori termici (ad esempio, Landsat 8 TIRS, MODIS MOD11) è utilizzata per calcolare flussi di calore sensibili e latenti che si sciolgono. I dati LST sono disponibili a livello globale, ma richiedono un'attenta filtrazione del cloud e hanno una minore precisione sulle superfici nevose eterogenee. L'utilità è più grande quando combinato con forcing meteorologico nei modelli di nevemelt.

Applicazioni di rilevamento remoto in idrologia della neve

Il rilevamento remoto della neve supporta un insieme diverso di applicazioni operative e scientifiche. Previsioni di approvvigionamento idrico in regioni montane come gli Stati Uniti occidentali, le Ande, l'Himalaya e le Alpi.

Sfide e limitazioni

Nonostante i progressi, il rilevamento remoto delle condizioni di neve deve superare le difficoltà .

Le direzioni e le tecnologie emergenti

I dati relativi all'analisi dei dati relativi alla rete di monitoraggio e alla distribuzione di dati relativi alla rete di monitoraggio (SER) ] [FLT:] [FLT]] [I dati relativi alla distribuzione di dati relativi alla rete di monitoraggio e alla distribuzione di dati relativi alla rete di monitoraggio e alla distribuzione di dati relativi alla rete di monitoraggio [SER] [FLT]

Conclusioni

Le tecniche di telerilevamento sono diventate indispensabili per il monitoraggio delle proprietà di copertura e di snowpack in tutto il mondo. I sensori ottici, termici, radar, microonde passivo e LiDAR contribuiscono a creare capacità uniche che, quando integrati, forniscono un quadro completo delle dinamiche di neve. Nonostante i limiti posti da nuvole, terreni e risoluzione, i progressi dei sensori in corso e i metodi computazionali migliorano costantemente l'accuratezza e la copertura dei prodotti neve.