在加州圣华金谷，特拉拉湖盆地周围的土地呈现出独特的起伏。造成这些奇怪凹陷的原因并非困扰西海岸的地震。而是用于挖掘该地区地下水（即土壤中储存的水）的人工水井。
圣华金谷是美国农业生产力最高的地区之一，提供了全国近一半的粮食。特拉拉湖盆地是中央谷含水层系统中的一个历史性流域，大部分水源来自附近山区融雪的径流，部分也通过其他渡槽和运河引进。整个含水层系统为约 650 万居民提供饮用水。但由于加州反复出现的干旱、水资源短缺以及火灾风险增加，人类已将地下水资源推向极限。
事实上，我们从特拉拉湖含水层抽取的水量如此之大，以至于加州的地下水面临枯竭的危险。虽然当地 努力 一直在努力解决特拉拉湖盆地日益减少的水量问题，但政府机构正以创造性的解决方案介入。最近，一个 NASA 水文学家团队提供了一个新的视角来监测和指导地下水管理：轨道卫星。这项研究于 3 月 9 日发表在《科学报告》杂志上。
地下水盆地通常占据土壤和岩石颗粒之间的空间，可以用来支持当地供水，以应对干旱。这项研究的第二作者、NASA 喷气推进实验室的水资源研究员Kyra Kim表示，这种地下水是一种“储蓄账户”，我们依赖它来满足各种城市和农业需求。
“由于[特拉拉湖盆地]支持着蓬勃发展的农业，其缺点之一是需要大量的水来维持，”她说。
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随着这些农业实践和其他人类活动过度耗尽该土地系统，地表土层逐渐下沉。这个问题被称为地面沉降，可能是由于盐、石油或在这个案例中的水等自然资源在地下移动造成的。虽然地面沉降并非出乎意料，但社区和 NASA 的科学家们对中央谷地区在干旱期间下沉的速度之快感到担忧。这导致特拉拉湖盆地下沉速度约为每年一英尺。
地面沉降还会对地球表面造成结构性损坏，包括我们建造在其上的物体。“我们正在损坏道路、桥梁、管道等土木基础设施，而且我们看到地面下沉速度高达每年一英尺，”Kim 说，并补充说，“你有时会永久失去水的储存空间，所以这几乎就像你在降低你储蓄账户的总限额。”
地面沉降还会对地球表面造成结构性损坏，包括我们建造在其上的物体。“我们正在损坏道路、桥梁、管道等土木基础设施，而且我们看到地面下沉速度高达每年一英尺，”Kim 说，并补充说，“你有时会永久失去水的储存空间，所以这几乎就像你在降低你储蓄账户的总限额。”
亚利桑那大学水文学教授Thomas Meixner解释说，在雨季过后，地下水位可以恢复。他将地球比作海绵，人们“挤压”水时会收缩，吸收水时会膨胀。然而，Meixner 说，社区和行业“抽取水的速度比其补给或补充的速度快”。
Meixner 说，科学家们也没有清楚的水储量基线，这给衡量宝贵资源随时间的消耗量又增加了一个障碍。“获得更精确的地下水实际体积变化估算，确实能帮助我们更好地管理这些地下水盆地，”他说。
NASA 过去曾使用卫星数据来帮助中央谷评估水位和过度抽取地下水的影响。现在，Kim 的团队提供了新的见解。他们创建了一个模型来研究特拉拉湖盆地中两个下沉土层的月度变化。他们使用了来自两个卫星——重力恢复与气候实验（Grace）和 Grace后续任务——的水量损失数据。他们还将数据与来自欧洲空间局 Sentinel-1（一个能够对地球表面高度进行连续雷达测绘的两个卫星星座）的地面沉降数据结合起来。
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“地下水枯竭和地面沉降之间的关系在时间和空间上都不是线性的，”Kim 说。这意味着这些起伏并不总是与预期的原因相符。根据这项研究，虽然大雨会重新注满含水层的水位，但它有时会使土地下沉，而不是让土地上升。
她解释说，这些短期变化可以帮助科学家们理解当地社区和农民需要做什么，以便在更符合当地和立法管理的时间尺度上更好地配给水资源。
传统上，卫星比监测地下水的变化更容易监测和观察蜿蜒的河流和湖泊。但 Grace 卫星利用重力来测量地表下的水量。该团队的发现表明，这些地形变化归因于含水层体积的变化，而不是像大雨这样可能影响水位的天气事件。
在研究的下一步，Kim 希望将这些新数据与NASA-ISRO 合成孔径雷达任务（Nisar）结合起来，为加州其他地区，甚至全球其他地区创建更好的自然资源模型。Nisar 计划于 2023 年发射，是 NASA 和印度空间研究组织之间的合作项目——这是一个将扩大环境数据范围的国际合作。这项为期三年的任务将测量地球不断变化的生态系统和冰体，并为科学家提供关于自然灾害、海平面上升和地下水的详细信息。
“总的来说，关于水的文化正在改变，”Kim 说。“我们确实看到了向更注重实际管理水的方向转变，这是一个非常积极的变化。”
