科学家们提出了一种新方法，有望改善地下水管理——这对干旱地区的生命和农业都至关重要。该方法分析了有多少地下水损失来自限制在粘土中的含水层，这些水分可以排得太干以至于无法恢复，有多少来自不限制在含水层中的土壤，可以通过几年的时间来补充。正常的降雨。
研究小组研究了加利福尼亚州的图莱里盆地，它是中央山谷的一部分。研究小组发现，区分这些地下水源的关键与这个重度灌溉农业区的地面下沉和上升模式有关。
中央山谷仅占美国农田的1%，但每年却种植了惊人的40%的全国餐桌水果、蔬菜和坚果。只有农民通过大量抽取地下水来增加山谷5到10英寸(12到25厘米)的年降雨量，才能实现这样的生产力。在干旱年份，80%以上的灌溉水来自地下。
经过几十年的抽水，地下水资源正在减少。Tulare盆地的井现在必须钻到3,500英尺(超过1,000米)深才能找到足够的水。没有办法准确测量地下还有多少水，但管理人员需要最明智地利用所有存在的水。这涉及监测水是从含水层还是从松散的土壤中抽取，即地下水位。在这个拥有数以万计未计量井的大地区，唯一可行的方法是使用卫星数据。
来自美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室和美国能源部位于北加州的劳伦斯伯克利实验室的研究小组着手创建一种可以做到这一点的方法。他们通过将NASA的重力恢复和气候实验(GRACE)和GRACE后续卫星的失水数据与ESA(欧洲航天局)Sentinel-1卫星的地面变化数据相结合来解决这个问题。该地区的地面变化通常与水分流失有关，因为当地面排水时，它最终会一起坍塌并沉入曾经有水的空间-这一过程称为沉降。
Tulare盆地正在急剧下沉：目前的下沉速度约为每年一英尺(0.3米)。但是从一个月到下个月，地面可能会下降，上升或保持不变。更重要的是，这些变化并不总是符合预期的原因。例如，大雨过后，地下水位上升。很明显，这也会导致地面上升，但有时反而会下沉。
研究人员认为，这些神秘的短期变化可能是确定抽水来源的关键。“主要问题是，我们如何解释在这些较短时间尺度上发生的变化：它只是一个昙花一现，还是很重要?”喷气推进实验室的博士后研究员、该论文的合著者KyraKim说，该论文发表在《科学报告》中。
粘土与沙子
Kim和她的同事认为，这些变化与盆地中不同种类的土壤有关。含水层被坚硬、不透水的粘土层限制，而非承压土壤则较松散。当从含水层抽水时，粘土需要一段时间来压缩以响应从上方压下的土地重量。另一方面，不受约束的土壤会因降雨或抽水而更快地上升或下降。
研究人员为Tulare盆地的这两层土壤创建了一个简单的数值模型。通过从地面变化数据中去除长期沉降趋势，他们生成了一个仅包含逐月变化的数据集。他们的模型显示，在这个时间尺度上，几乎所有的地面变化都可以用含水层的变化来解释，而不是地下水位的变化。
例如，在春季，中央山谷的降雨量很少，因此地下水位通常会下沉。但是内华达山脉的雪径流正在给含水层补水，这导致地平面上升。当降雨导致地下水位上升时，如果含水层在前一个旱季抽水的同时受到压缩，地面水平将会下降。该模型正确地再现了2016-17年冬季强降雨等天气事件的影响。它还与来自水井和GPS的少量可用数据相匹配。
Kim指出，新模型可以重新用于代表其他需要更好地监测地下水使用的农业地区。NASA-ISRO(印度空间研究组织)合成孔径雷达(NISAR)任务计划于2023年发射，将以比Sentinel-1更高的分辨率测量地面变化。研究人员将能够在该模型中将NISAR的数据集与来自GRACEFollow-On的数据相结合，以造福全球农业。“我们正在走向遥感和数值模型之间真正美丽的结合，将一切结合在一起，”金说。
