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Stuart Rankin

Energía

La NASA tiene un plan para asegurar el agua frente al cambio climático

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El organismo trabaja en un proyecto para aumentar la precisión de las previsiones de agua disponible en forma de nieve. Primero lo están trabajando desde el aire, el siguiente paso será desarrollar sistemas para medir desde el espacio

  • por James Temple | traducido por Mariana Díaz
  • 31 Mayo, 2018

Después de un invierno inusualmente seco, el final de la estación sacudió a California (EE. UU.) con una tormenta que provocó la acumulación de varios metros de nieve. El pasado domingo por la mañana, después de que el clima se despejara, un par de investigadores de la NASA despegaron en un pequeño avión desde el aeropuerto Mammoth Yosemite (EE. UU.), una construcción operativa de una sola pista.

Después de pasar los últimos controles de seguridad, los pilotos se echaron a volar. Con ese vuelo, el Observatorio de Nieve Aerotransportado (ASO, por sus siglas en inglés) inauguraba su nueva temporada de trabajo. El ASO es un avión Beechcraft King Air 90 de doble turbohélice, equipado con dos tipos de sensores en la parte inferior del avión. El sensor LIDAR mide el volumen de la capa de nieve de la montaña mientras que el espectrómetro mide su reflectividad. Ambas medidas ofrecen una estimación muy precisa de la cantidad de agua que se escapará de la montaña en la primavera y cuándo fluirá a través del laberinto de presas, embalses y acueductos de California.

Las autoridades utilizan esa información para mejorar la gestión del agua que suministran a las plantas de energía hidroeléctrica, pueblos, ciudades y a su región agrícola, que es una de las más productivas de Estados Unidos. Hacer bien ese trabajo es cada vez más crítico ya que la región debe luchar tanto contra sequías prolongadas como contra inundaciones generalizadas a medida que el cambio climático aumenta su volatilidad estacional. "No se puede administrar lo que no se puede medir", sentencia el investigador principal del programa ASO, Thomas Painter, cuya iniciatva depende del Labotarotio de Propulsión a Chorro de la NASA (EE. UU.).

Thomas Painter, investigador principal del programa del Observatorio Aerotransportado de Nieve de la NASA, se encuentra frente a la cuenca hidrográfica de San Joaquín.

Foto: El investigador principal del programa del Observatorio de Nieve Aerotransportado de la NASA, Thomas Painter frente a la cuenca hidrográfica de San Joaquín. Crédito: James Temple.

Latigazo climático

La cordillera de Sierra Nevada de California ocupa casi 650 kilómetros de largo. Cada año, su capa de nieve derretida suministra hasta un tercio del agua que usa el estado. Administrar ese recurso de la forma más óptima es difícil. Los operadores deben dejar fluir agua suficiente como para evitar las inundaciones, mantener los peces y los ecosistemas, volver a llenar los depósitos subterráneos y abastecer ciudades e industrias. Pero también necesitan retener la cantidad suficiente para satisfacer las necesidades de los agricultores, empresas y residentes durante los meses secos del verano.

El programa ASO comenzó sus censos de nieve en la primavera de 2013 cuando una devastadora sequía azotó California. Este histórico fenómeno obligó a imponer restricciones obligatorias de agua, condenó a más de 100 millones de árboles, exacerbó los incendios forestales y exprimió los beneficios de la masiva industria agrícola de la región. Pero en el invierno de 2016-2017, la sequía se detuvo de golpe debido a una serie de tormentas que dejaron hasta 240 centímetros de lluvia en algunas zonas, lo que lo convirtió en el segundo año más lluvioso de la historia de California.

Este tipo de "latigazo del clima" podría duplicar su frecuencia a causa del aumento de las temperaturas, del vapor de agua atmosférico y otros cambios climáticos, según un documento publicado en abril en Nature Climate Change. Los autores afirman que, para mediados de siglo, las inundaciones que pasan cada 200 años podrían ocurrir cada 40 años.

A pesar de los bruscos cambios que se producen entre los años muy secos y los muy húmedos, el promedio del total de lluvias podría no cambiar mucho, pero esto "no cambiaría la situación", señala el autor principal del estudio y científico climático de la Universidad de California, Los Ángeles (EE. UU.) Daniel Swain. El experto alerta: "Tendremos todas las desventajas de los años húmedos y de los años de sequía. Esa misma cantidad de agua generará más riesgos y menos beneficios".

En medio de esa turbulencia, la previsión que el programa ASO de la NASA puede proporcionar sobre las condiciones cambiantes de la capa de nieve será "crítica para la gestión del agua" en un sistema diseñado para el clima del pasado, afirma Swain.

En los años húmedos, el programa ayuda a los operadores de embalses a evitar que el agua sobrepase las cuencas e inunde a las comunidades que viven junto al río. En los años secos, los datos les permiten hacer un uso más eficiente de los limitados recursos. Para la Autoridad de Agua de Friant (EE. UU.), que administra una presa y canales que alimentan a un millón de hectáreas de tierras de cultivo de la zona, este uso eficiente supone destinar más agua para el cultivo de frutas y verduras, señala el director de Política Hídrica del organismo, Jeff Payne.

Los 'ojos' de la NASA

Después de alcanzar la cima de la empinada cara oriental de la cordillera, el avión llegó a un tramo de gran altura donde se almacena agua congelada que, en primavera acaba en miles de granjas del distrito de Friant.  El tecnólogo de la NASA Dan Berisford, que a sus 38 años luce una espléndida barba, un gorro de punto y gafas polarizadas, estaba sentado en el asiento trasero izquierdo frente al monitor LIDAR y pulsó un interruptor para empezar que el sensor empezara a recolectar datos.

El LIDAR emite rayos láser pulsados ​​cientos de miles de veces por segundo, barriendo el paisaje lateralmente. Al medir el tiempo que tarda la luz en reflejarse en la superficie y regresar al sensor, el software del dispositivo puede trazar un mapa tridimensional de la superficie de la nieve. Al combinar esos datos con otros previos, los científicos pueden calcular el "equivalente de agua de nieve", que se refiere al volumen total de agua almacenada en ese punto de la cuenca. El principal trabajo de Berisford en el avión es el control de calidad, por lo que busca pruebas de que la luz está rebotando en las nubes o en la humedad del aire.

Observatorio Aerotransportado de la NASA, un Beechcraft King Air 90, en el Mammoth Yosemite Airport.

Foto: El Observatorio Aerotransportado de la NASA, un Beechcraft King Air 90, en el aeropuerto Mammoth Yosemite. Crédito: James Temple.

El espectrómetro funciona al mismo tiempo. Básicamente es una cámara capaz de detectar la luz que se escapa del espectro visible. Gracias a él, se puede determinar qué fracción de luz solar que recibe la nieve vuelve a ser reflejada por la superficie, una variable conocida como albedo.

La nieve fresca es altamente reflectante, lo que ralentiza la fusión y ayuda a devolver el calor a la atmósfera. Pero la capa de nieve pierde reflexión a medida que los cristales de hielo se fusionan y crecen, y la contaminación del aire y las tormentas ensucian los campos con manchas oscuras absorbentes en forma de polvo y hollín. Determinar el cambio en los niveles de albedo ayuda al equipo a calcular la velocidad a la que se derretirá la nieve, y cuándo llegará a los depósitos de agua río abajo, explica Berisford.

Más precisión

Los californianos llevan más de medio siglo intentando medir con la capa de nieve que les da sustento. Cada invierno, el Departamento de Recursos Hídricos de California envía a un equipo de inspectores sobre esquís y raquetas de nieve a cientos de lugares en los que sumergen tubos de medición de aluminio en la nieve. Esa información se complementa con más de 100 estaciones de sensores remotos situadas por toda la cordillera. Allí, las "almohadas de nieve" proporcionan estimaciones basadas en el peso cambiante de la nieve que hay encima de ellas.

Pero estos datos no suelen combinarse para dar una visión precisa de la nieve disponible en estas inclinadas cuencas hidrográficas de alta montaña. Algunos años, la cantidad real de agua que llega a los embalses como el sistema Hetch Hetchy, que sirve a casi tres millones de clientes en todo San Francisco (EE. UU.), puede ser hasta en un 40 % menor que la cifra estimada. No obstante, después de cinco años de operación con fases muy húmedas y muy secas, el programa de la NASA ha logrado una tasa de error media del 2 %, dice Painter. "Es el análisis más preciso que jamás se haya realizado sobre la nieve acumulada", añade.

Medir desde el espacio

Hasta ahora, el programa ASO, que está pasando de una fase piloto a una fase operativa, solo ha cubierto un tercio de la sierra de la región. Pero la NASA, el Departamento de Recursos Hídricos de California y varios organismos hídricos apuestan por expandirlo. Eso requeriría más aviones, instalaciones y aumentar los fondos del proyecto en varios millones de euros anuales. Los representantes de la Autoridad de Agua de Friant y otros distritos están negociando con los legisladores para reservar dinero para el programa.

Painter revela que la NASA también planea lanzar proyectos similares en Columbia Basin, que se extiende a través de Oregón (EE. UU.), Washington (EE. UU.) y Canadá, y la cuenca del río Colorado (EE. UU.), donde también han realizado vuelos de reconocimiento temprano.

Pero el objetivo final de la NASA va mucho más allá. El Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, (EE. UU.), ha estado llevando a cabo una serie de pruebas en las montañas cubiertas de nieve y las mesetas alrededor de la cadena montañosa Grand Mesa. La misión de este proyecto de investigación de varios años, conocido como SnowEx, es determinar qué combinación de sensores y técnicas serán necesarias para que la NASA pueda medir el equivalente de nieve-agua desde el espacio.

Ahora mismo, los satélites actuales solo pueden determinar la extensión continental de nieve, pero no la cantidad de agua que contiene. El esfuerzo podría ayudar a otras regiones del mundo que luchan con los mismos desafíos e incertidumbres relacionados con el agua. También podría proporcionar datos sobre la reflectividad cambiante del planeta a medida que aumentan las temperaturas y se acumula menos nieve, lo que ofrece información sobre un mecanismo crucial de retroalimentación del cambio climático.

El científico adjunto del proyecto para SnowEx Charles Gatebe sentencia: "Necesitamos una misión de satélites capaz de medir la nieve en todo el mundo. Estamos buscando las herramientas".

Difícil de adaptar

Pero tener más información y más precisa solo será útil hasta cierto punto. Si los patrones de precipitaciones cambian tanto como predice el estudio de Swain, la situación exigirá mayores adaptaciones en la infraestructura y las prácticas hídricas. Y ajustarse a una nueva rutina es difícil cuando está dominada por los cambios extremos.

Hay quien cree que para luchar contra unas sequías que amenazan con volverse más graves y más frecuentes, la única solución es crear más reservas de agua. Pero esa misma medida agravaría los riesgos de inundación durante los años húmedos, ya que las fuertes lluvias sobrepasan las cuencas.

Otros expertos en gestión del agua creen que los sistemas hídricos deben ser mucho más flexibles, apoyándose más en las llanuras de inundación naturales y los acuíferos en lugar de los embalses hechos por el hombre. Esto requerirá una infraestructura completamente diferente, que probablemente incluya diques, oleoductos y canales, para proteger a las comunidades y transportar agua.

Swain concluye: "Esa puede ser la forma más prometedora de mitigar el riesgo. Pero, sinceramente, va a ser un desafío difícil. Va a ser difícil adaptarse".

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