從太空測量乾旱對地下水資源的影響

亞利桑那州立大學的一組科學家一直在使用最新的空間技術，結合地面測量，來評估美國最重要的地下水源之一——位於加州聖華金山谷的大型蓄水系統——的健康狀況。

這個團隊由地球和空間探索學院的研究人員Chandrakanta Ojha、Susanna Werth和Manoochehr Shirzaei組成，他們關注的是聖華金河谷最近的乾旱時期，從2012年到2015年，測量了地下水損失和含水層儲存損失。爲了給水資源管理者提供更好的工具來幫助保持含水層的健康，研究小組正在開發新的觀測技術來監測這個重要的加州含水層的地下水和蓄水能力。他們使用了來自NASA GRACE衛星、全球導航衛星系統(GNSS)、歐洲航天局Sentinel 1號衛星的干涉合成孔徑雷達(InSAR)、伸縮儀和地面記錄的獨特數據組合。

最新研究的結果,這是一個追蹤2018年發表研究2007 - 2010年的乾旱在加州中央山谷,顯示出驚人的地下水每年損失2012 - 2105年的乾旱,更重要的是,整個永久損失的聖華金河谷含水層的存儲容量。“通過使用高科技的地球軌道衛星，我們可以看到，聖華金河谷的大部分地區的地下水透支已經造成了粘土層的永久壓實，導致地面以每年12英寸的速度快速下沉，”合著者Shirzaei說。“通過我們的研究，我們測量了含水層的永久壓實量，現在我們可以計算造成這種壓實的水分損失量。”

在空間和地面數據顯示地下水平均損失1.6萬億加侖(6.1立方公里)每年的乾旱(接近的總等效鮑威爾湖的體積在亞利桑那州),數據還表明,含水層系統已經永久的失去了其存儲容量從2012年到2015年的百分之三。“失去的地下水儲存能力不能通過自然補給來恢復，”第一作者Ojha解釋說。“這是一個永久性的損失，將減少未來乾旱時期所需的地下水供應，可能導致水井榦涸，影響社區和農業。”

儘管3%的含水層損失聽起來很小，再加上隨後預期的未來乾旱，其影響可能是嚴重的。“如果我們每十年有一次乾旱，我們的含水層每次都會縮小一點，並在本世紀永久喪失超過四分之一的儲水能力，”合著者沃特解釋道。“雖然未來乾旱的確切頻率可能是不確定的，”合著者Shirzaei補充說，“我們從2018年和2019年的分析中知道，在21世紀的頭20年裏，多達5%的含水層儲存能力已經永久喪失。”

雖然這項研究的重點是加利福尼亞，但研究人員計劃繼續進行這類數據分析，以測量美國西南部和世界各地含水層的健康狀況。Ojha說:“水管理人員可能無法立即改變水的使用，但這項研究爲他們提供了科學知識和數據分析，他們需要在未來實施可持續用水實踐，這可能有助於在未來幾十年保持地下水資源的可用性。”“我們無法正確管理我們沒有衡量的東西，”沃斯補充道。