Podzemne vode su jedan od najvažnijih resursa slatke vode za ekosisteme i čovečanstvo. Zbog ove fundamentalne uloge u Zemljinim vodenim i energetskim ciklusima, podzemne vode su proglašene za suštinsku klimatsku varijablu od strane GCOS-a, Globalnog sistema za posmatranje klime. Kao i kod drugih podzemnih procesa, teško ga je posmatrati i pratiti na globalnom nivou. Ovo je posebno tačno ako ne želite da se oslanjate na simulirane podatke zasnovane na modelu, već koristite samo stvarna merenja.
U svom prirodnom okruženju, podzemne vode se obično prate direktnim merenjem promena u nivou podzemne vode pomoću bunara. Ako se instrumentacija pravilno održava, ovaj metod je veoma pouzdan i može vam dati skoro u realnom vremenu informacije o fluktuacijama podzemnih voda u blizini bunara. Kombinovanjem susednih bunara možete dobiti sliku regionalne situacije.
Šta ako želimo da pratimo promene nivoa podzemnih voda na proizvoljnoj lokaciji ili na globalnom nivou, bez obzira na to da li postoje merenja bunara?
Ovde dolaze u igru sateliti za posmatranje Zemlje. Postoji mnoštvo satelitskih misija u orbiti koje kontinuirano prate stanje i promene naše planete.
To su:
- Profili vetra,
- Zemljino magnetno polje,
- visina morske površine,
- salinitet i temperatura okeana,
- nivoi i obim jezera,
- Zemljin kopneni pokrivač
- i mnogo više količina se kontinuirano posmatraju iz svemira.
Brojne od ovih satelitskih misija takođe pružaju suštinska merenja za različite delove kopnenog ciklusa vode, iako nijedan satelit za posmatranje Zemlje ne može direktno da meri podzemne vode. Međutim, možemo kombinovati više skupova podataka daljinskog istraživanja da bismo pogledali ispod površine Zemlje i zaključili nivo podzemne vode.
Satelitska gravimetrija kroz misije kao što su Graviti Recoveri And Climate Ekperiment (GRACE) i GRACE Follov-On (GRACE-FO) posmatra promene u ukupnom skladištenju vode (TVS) što je zbir svih odeljaka za skladištenje.
Sateliti kao što su SMOS i SMAP mere vlagu u gornjem sloju tla pomoću radarskih i radiometarskih instrumenata. Sateliti za altimetriju (nauka merenja visina) mere nivo jezera i velikih rečnih sistema tako da se mogu odrediti promene skladištenja u površinskim vodama.
U regionima gde je prisutan snežni pokrivač, pasivni mikrotalasni instrumenti na satelitima mogu se koristiti za dobijanje ekvivalenta snežne vode. Konačno, kako satelitska gravimetrija meri integrisanu promenu mase, fluktuacije mase u velikim sistemima glečera takođe se moraju uzeti u obzir.
Balans mase glečera se obično utvrđuje u redovnim terenskim kampanjama na licu mesta i daljinskom detekcijom u različitim razmerama, kao što su satelitski snimci i fotogrametrija u vazduhu. Većina ovih skupova podataka je već veoma zrela i dostupna preko, na primer, uspostavljenih Copernicus servisa.
Ovaj pristup nije nov i korišćen je u brojnim studijama za različite oblasti širom sveta. Iako na prvi pogled izgleda prilično jednostavno, korišćenje samo podataka posmatranja Zemlje iz svemira umesto oslanjanja na simulirani izlaz modela uvodi nekoliko upozorenja.
Za razliku od drugih satelita za daljinsko otkrivanje, GRACE i GRACE-FO ne nose instrumente za direktna merenja kao što su senzori za snimanje ili mikrotalasni senzori. Umesto toga, sateliti deluju kao dokazne mase u Zemljinom gravitacionom polju dok orbitiraju.
Promene u distribuciji mase na Zemljinoj površini utiču na gravitaciono privlačenje koje deluje na satelite, što zauzvrat izaziva male varijacije u njihovoj putanji. Dakle, praćenjem njihovog apsolutnog i relativnog kretanja, možemo zaključiti informacije o osnovnoj distribuciji mase inverzijom.
Ovaj proces inverzije, međutim, uvodi visokofrekventni prostorni šum u procene površinske mase. Da bi se smanjio ovaj šum, GRACE/GRACE-FO rešenja su obično ograničena tokom inverzije ili filtrirana u naknadnoj obradi.
Obe metode imaju efekat niskopropusnog filtera i stoga ograničavaju prostornu rezoluciju konačne površinske mase ili mapa ukupne količine vode na nekoliko stotina kilometara. Vlaga u tlu, ekvivalent snežne vode, fluktuacije mase glečera i skladištenje površinske vode sa druge strane, mogu se posmatrati sa mnogo većom prostornom rezolucijom u poređenju sa GRACE/GRACE-FO skladištem vode. To znači da za konzistentan proizvod podzemne vode, svaki od ovih skupova podataka treba da bude naknadno obrađen da bi odgovarao sadržaju signala izlaza satelitske gravimetrije. Pošto imaju veoma različite karakteristike, ovo nije jednostavan zadatak.
Da bi se obezbedio najbolji mogući skup podataka o podzemnim vodama zasnovan na posmatranju, potrebna je stručnost u svim uključenim tehnikama daljinske detekcije. Globalni projekat podzemnih voda zasnovan na gravitaciji (G3P, www.g3p.eu) okuplja istraživače i dobavljače podataka iz više geonaučnih disciplina sa neophodnim znanjem i iskustvom. U okviru ovog interdisciplinarnog konzorcijuma radimo na optimalnom filtriranju, obradi i prilagođavanju svakog skupa ulaznih podataka i procenjujemo nesigurnost za svaki odeljak za skladištenje vode. Cilj ovog rada, nekoliko godina kasnije, je da se uspostavi operativni servis koji isporučuje karte nivoa podzemnih voda sa globalnom pokrivenošću i mesečnom rezolucijom od 2002. godine do danas. Još uvek postoji niz izazova za rešavanje.
Šta smo do sada naučili? Sateliti za posmatranje Zemlje i skupovi podataka postali su fundamentalni deo nauka o Zemlji i klimi. Globalna pokrivenost svemirskim posmatranjima otvara mogućnost za kontinuirano i dosledno praćenje mnogih geofizičkih i klimatskih procesa. Podzemne vode su samo jedan od primera gde kombinovanje različitih skupova podataka posmatranja Zemlje može da pruži veliku dodatnu vrednost i za naučnu zajednicu i u kasnijoj fazi, za donosioce odluka i širu javnost. Ovo takođe naglašava važnost povezivanja stručnjaka iz više geonaučnih oblasti, na primer preko platformi koje EGU pruža, kako bi se iz podataka izvuklo najviše informacija i eventualno otvorila nova primena postojećih skupova podataka.
