Вот как НАСА измеряет повышение уровня моря из космоса
Изменение климата представляет собой неминуемую угрозу будущему человечества, но глобальный климат настолько сложен, что зачастую трудно даже представить себе масштаб проблемы. Один из лучших способов измерения изменения климата может оказаться не таким, как вы ожидаете, потому что речь идет не об измерении земли или атмосферы. Вместо этого, чтобы узнать об изменении климата, нам нужно измерить океан.
Повышение уровня моря не только влияет на прибрежные сообщества, уменьшая площадь суши, но также указывает на более широкую проблему повышения глобальной температуры. Это означает, что повышение уровня моря имеет большое значение для НАСА, которое не только наблюдает за другими мирами, но и следит за Землей из космоса. Новый спутник для мониторинга уровня моря Sentinel-6 Michael Freilich был запущен в ноябре 2020 года и стал официальной эталонной миссией по повышению уровня моря в марте этого года , заменив своего предшественника, Jason-3.
Когда Sentinel-6 берет на себя новую роль, а его преемник Sentinel-6b ждет своего часа, чтобы принять эстафету, когда это потребуется, мы настроены на следующие 10 лет измерений уровня моря. Вы даже можете сами увидеть, где находится Sentinel-6 над Землей прямо сейчас, отследив его с помощью веб-приложения NASA Eyes .
Мы поговорили с Джошем Уиллисом из Лаборатории реактивного движения НАСА, научным сотрудником проектов Sentinel-6 и Jason-3, о том, как измерять повышение уровня моря из космоса.
Наша система показателей по изменению климата
Повышение уровня моря важно не только для понимания меняющихся океанов. Это также один из самых ценных инструментов для измерения изменения климата в целом. «В каком-то смысле это система показателей, — сказал Уиллис. «Это наша система показателей того, как мы справляемся с климатом».
Это связано с тем, что большая часть повышения средней температуры планеты в целом отражается на уровне океанов. Есть три основных антропогенных фактора, способствующих повышению уровня моря: таяние ледяных щитов в Гренландии и Антарктиде, таяние небольших ледников в других местах по всему миру и потепление океана, вызывающее его расширение. Каждый из этих факторов вносит примерно одну треть в общее повышение из-за того, что в океаны добавляется больше воды при таянии ледников и ледяных шапок, а также из-за расширения воды из-за повышения глобальной температуры. Поскольку океаны покрывают большую часть земного шара, они в конечном итоге поглощают много избыточного тепла, выделяемого человеческой деятельностью.
«Я считаю повышение уровня моря самым ярким индикатором вмешательства человека в климат», — сказал Уиллис. «Океаны покрывают две трети поверхности планеты, они поглощают 90% этого дополнительного тепла, которое является основной причиной изменения климата, а также поглощают всю воду, которая тает с ледников и ледяных щитов. Так что они действительно считают все с точки зрения того, как мы меняем климат самым масштабным образом».
И проблема не только в том, что уровень моря повышается. Дело в том, что скорость этого роста также увеличивается.
«Скорость подъема океанов непостоянна. На самом деле она увеличивается», — сказал Уиллис. «В начале 20-го века океаны поднимались со скоростью около двух миллиметров в год. К 90-м или 2000-м годам их было больше трех. А теперь четыре и пять миллиметров в год. Таким образом, скорость роста более чем удвоилась за последние сто лет. И он будет продолжать расти все быстрее и быстрее».
30 лет непрерывных измерений
Одна из причин, по которой данные о повышении уровня моря настолько ценны, заключается в том, что они представляют собой долгосрочные записи, которые собираются с 1990-х годов. Первые глобальные измерения океанов из космоса начались, когда в 1992 году была запущена миссия TOPEX/Poseidon, за которой последовали три спутника Jason, а затем первый Sentinel.
Чтобы сохранить согласованные данные, которые можно было бы сравнивать на протяжении многих лет, все миссии этой серии были размещены на одной и той же орбите, чтобы они получали одинаковый вид на океаны.
Всякий раз, когда новый спутник заменял своего предшественника, они месяцами летали близко друг к другу. Это позволило провести очень тщательную калибровку, чтобы обеспечить последовательное отслеживание данных по пяти спутникам на сегодняшний день.
«Это действительно удивительное достижение с точки зрения наших достижений в области климатологии», — сказал Уиллис.
Еще 10 лет измерений
«У нас есть этот невероятный рекорд, которому уже 30 лет, и Sentinel-6 был построен, чтобы продлить этот рекорд еще на 10 лет», — сказал Уиллис. Чтобы обеспечить эти дополнительные 10 лет наблюдений, НАСА построило не один, а два спутника, оба по существу идентичные, так что, как только недавно запущенный Sentinel-6 Michael Freilich подойдет к концу своего жизненного цикла в 2025 году, его близнец Sentinel-6b сможет взять на себя управление. . Это позволит в общей сложности 40 лет последовательно регистрировать повышение уровня моря.
«Впервые мы как сообщество решили сделать это на долгосрочную перспективу — взять на себя обязательство проводить измерения повышения уровня моря из космоса, а не только по одному спутнику за раз», — сказал он. «Уровень моря не перестанет повышаться в ближайшее время, мы не сможем перестать его измерять, поэтому нам нужна эта непрерывность измерений между миссиями».
Если кажется, что эти спутники имеют относительно короткую продолжительность жизни по сравнению с другими миссиями спутников, которые могут длиться десятилетиями, это связано с высотой, на которой они работают. Когда были запущены первые спутники для измерения уровня моря, у нас не было такой хорошей технологии для определения положения этих спутников, а данные о местоположении важны для получения точных показаний уровня моря. Для этого спутники были запущены на очень высокую орбиту высотой 1300 километров, где очень мало атмосферы и, следовательно, очень мало защиты от радиации.
Исследователи хотят продолжать отправлять спутники на ту же самую орбиту, чтобы обеспечить непрерывные измерения, но это означает признание того, что эти спутники будут страдать от радиации и прослужат лишь относительно несколько лет каждый.
Инструменты на спутнике
Именно точность его показаний позволяет спутнику Sentinel-6 быть признанным во всем мире инструментом для измерения подъема уровня моря. Исследователи из самых разных областей и разных стран согласились, что измерения, сделанные Sentinel-6 и его предшественниками, будут использоваться в качестве стандартных измерений повышения уровня моря.
Приборы Sentinel-6 относительно просты, по крайней мере, концептуально. Есть радар, который посылает радиоволны на поверхность для измерения расстояния между спутником и океаном, системы позиционирования, которые дают информацию о высоте спутника, чтобы ее можно было вычесть из измерений уровня моря, а затем еще один важный инструмент. называется радиометром.
Радиометр измеряет количество воды в атмосфере, глядя на яркость океана. Вода в атмосфере влияет на радиоволны, посылаемые радаром, поэтому радиометр необходим, чтобы исправить это и обеспечить высокий уровень точности измерений уровня моря.
Эти три инструмента, наряду с постоянными орбитами, делают Sentinel-6 самым точным методом измерения повышения уровня моря, который у нас есть, и именно поэтому он достаточно точен, чтобы быть международной эталонной миссией.
Меняющиеся океаны
Более сложная часть измерения повышения уровня моря заключается в том, как интерпретировать данные, собранные спутником. Океаны не плоские, поэтому спутник усредняет показания на площади в несколько квадратных километров, чтобы учесть это.
Но есть и другие факторы, влияющие на уровень моря. Это включает в себя погоду, поскольку изменения атмосферного давления позволяют морю сжиматься, когда давление низкое, приливы и океанские течения и даже гравитацию подводных гор, которые вызывают появление пиков на уровне моря над ними. Исследователи, использующие данные Sentinel-6 для измерения повышения уровня моря, должны учитывать эти другие факторы, учитывая данные об атмосферных условиях и карты гравитационного поля океана.
Однако все эти другие эффекты могут дать полезные данные для других областей исследований. Глядя на то, сколько показаний было усреднено по данной области, исследователи могут оценить, насколько велики волны и насколько сильны ветры. Они могут видеть, как течения движутся через океан в режиме реального времени, потому что течения заставляют океан наклоняться так, что одна сторона течения выше другой. Они также могут отслеживать мусор или нефть, когда они разливаются в океан.
Спутник также продолжает собирать данные при прохождении над сушей, и эти данные можно использовать для наблюдения за озерами и реками.
Все данные, собранные спутником, находятся в открытом доступе, и ими пользуются исследователи всего мира из самых разных областей. Вы можете найти данные на веб- сайте JPL или на веб-сайте данных NASA о Земле .
Угроза изменения климата
Благодаря таким проектам, как Sentinel-6, мы можем напрямую увидеть, как меняется наш климат из-за нашей человеческой деятельности. Мы видим, что уровень моря не только повышается, но и растет все быстрее и быстрее, и нет никаких признаков того, что это изменение замедлится или остановится в ближайшее время. В этом есть экзистенциальный ужас.
«Когда мы наблюдаем за тем, что происходит с планетой, становится страшно», — сказал Уиллис. «Мы уже загнали наш климат на незнакомую территорию. И с каждым годом он становится все более и более незнакомым».
Однако он не отчаивается в будущем человечества. Скорее, он подчеркивает, что будущее нашей планеты находится в наших руках.
«Еще есть место для надежды, потому что с этим мы можем что-то сделать», — сказал Уиллис. «Мы знаем, в чем проблема, и знаем, как ее решить. Не похоже, что к Земле летит гигантский метеор, который сотрет нас всех с лица земли. Мы действительно можем что-то сделать с изменением климата, нам просто нужно проявить волю».