Ziemia CARE odsłania chmury w klimatycznych modelach
Pozostając wiernym swojej obietnicy, satelita EarthCARE Europejskiej Agencji Kosmicznej jest teraz wykorzystywana do bezpośredniego obliczania tego, jak chmury i aerozole wpływają na bilans energetyczny Ziemi – ten niezwykle istotny balans, który reguluje nasz klimat. Dzięki temu EarthCARE ma na celu podniesienie dokładności modeli klimatycznych, samych narzędzi, które kierują globalną polityką klimatyczną i działaniami.
Chociaż chmury i aerozole są obecnie znane z ogólnego efektu ochłodzenia, ich interakcje z energią docierającą ze Słońca oraz z promieniowaniem cieplnym, które Ziemia emituje z powrotem w kosmos, są bardzo złożone i nie w pełni zrozumiane.
W miarę jak emisje gazów cieplarnianych nadal ocieplają planetę, pozostaje niejasne, jak chmury zareagują. Na przykład redukcja pokrywy chmurnej doprowadziłaby do dotarcia na powierzchnię większej ilości światła słonecznego, nasilając ocieplenie.
Aerozole dodają kolejny poziom niepewności. Mają skłonność do ochłodzenia klimatu poprzez odbijanie światła słonecznego oraz poprzez sprawianie, że chmury są bardziej odbijające i dłużej utrzymują się w powietrzu. Jednak niedawne zmiany – od gwałtownego spadku zanieczyszczeń przemysłowych po ogromne chmury dymu pożarowego – mogą istotnie zmienić ich dominującą rolę w systemie klimatycznym. Jednak pełny wpływ tych zmian pozostaje niejasny.
Prognozy przyszłych zmian klimatu opierają się na modelach komputerowych symulujących atmosferę, oceany i szerszy system Ziemi w różnych scenariuszach. Reprezentacje chmur, aerozoli oraz ich interakcji ze światłem słonecznym i promieniowaniem podczerwonym w modelach klimatu opierają się na uproszczonych opisach matematycznych ich zachowania, często opartych na pomiarach i licznych założeniach.
Wystrzelony w maju 2024 roku EarthCARE – misja ESA Earth Explorer rozwinięta we współpracy z Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) – wyposażona jest w cztery specjalistyczne instrumenty zaprojektowane do jednoczesnego dokonywania różnych pomiarów chmur i aerozoli.
Ta synergiczność jest kluczowa: łącząc te obserwacje, EarthCARE może ustalić istotne właściwości chmur, takie jak ilość wody, którą zawierają, i rozmiar cząstek chmur. To z kolei może być wykorzystane do ulepszenia sposobu reprezentowania tych aspektów w modelach klimatu, torując drogę do bardziej wiarygodnych projekcji klimatu.
Poniższa animacja przedstawia sekwencję pomiarów uzyskanych przez EarthCARE nad Tajfunem Ragasa w pobliżu Filipin 20 września 2025 roku i ilustruje „zamknięcie radiacyjne” – jeden z kluczowych celów naukowych misji.
Animacja najpierw pokazuje, jak dane z radar profilującego chmury (CPR), lidaru atmosferycznego (ATLID) i obraznika multispektralnego (MSI) są łączone, aby wyprowadzić pionowe przekroje właściwości takich jak zawartość wody w chmurach i opadach – czyli woda w kroplach ciekłych, kryształach lodu, deszczu i śniegu.
Następnie dane z poziomego obrazowania MSI są używane do ekstrapolowania tych pionowych profili chmur na pas satelity. Dzięki identyfikowaniu pikseli o podobnych właściwościach optycznych system odtwarza trójwymiarową strukturę chmury.
Wykorzystując technikę obliczeniową znaną jako modelowanie transferu radiacyjnego, ta trójwymiarowa reprezentacja chmury jest następnie używana do oszacowania, w jaki sposób padające światło słoneczne jest rozpraszane przez cząstki chmur i powierzchnię Ziemi, a co za tym idzie — ile jest odbijane z powrotem w kosmos.
W animacji to obliczone odbite światło słoneczne pojawia się jako niebiesko zacieniony poziomy pas i czerwone linia na górze. Następnie porównuje się je z niezależnymi pomiarami radiometru szerokopasmowego EarthCARE (BBR), pokazanymi żółtą linią na górze, a zgodność jest bardzo dobra.
Robin Hogan, główny naukowiec w Europejskim Centrum Prognoz Pogodowych o Średniego Zasięgu (ECMWF), powiedział: "Zawsze oczekiwaliśmy, że EarthCARE spełni swoją obietnicę, a te wyniki niewątpliwie to potwierdzają.
"Widzimy tutaj, że EarthCARE potrafi określić szczegółowe właściwości chmur i aerozoli w atmosferze, a następnie natychmiast sprawdzić, że ich projekcje radiacyjne są zgodne z przepływami energii słonecznej i podczerwonej, które również są mierzone przez satelitę. Ta walidacja danych na pokładzie EarthCARE daje dodatkowe zaufanie do wykorzystania właściwości chmur i aerozoli w testowaniu i ulepszaniu modeli klimatu."
Jako misja ESA Earth Explorer, EarthCARE jest misją badawczą, ale jej dane są tak wiarygodne, że będą również wykorzystywane w codziennych prognozach pogodowych.
Profesor Hogan wyjaśnił: „W ECMWF chcemy asimilować dane EarthCARE do naszego modelu w czasie rzeczywistym: dostarczając dokładniejszy obraz lokalizacji chmur na początku prognozy, te dane pomogą modelowi lepiej uchwycić ewolucję układów pogodowych i dostarczyć bardziej wiarygodne prognozy.”
„Prace nad integracją strumieni danych EarthCARE postępują szybko, a system jest na dobrej drodze do uruchomienia w najbliższym czasie. EarthCARE nie tylko pogłębia nasze zrozumienie klimatu, ale także przynosi natychmiastowe korzyści dla codziennych prognoz pogody i usług klimatycznych.”
Menedżer Misji EarthCARE ESA, Bjoern Frommknecht, dodał: „1 grudnia, podczas drugiego wspólnego warsztatu łączącego europejskich, kanadyjskich i japońskich naukowców, komplet zestawu produktów danych EarthCARE poziom 2 został po raz pierwszy udostępniony publicznie. To poprzedza publikację danych poziomu 1 w styczniu i części danych poziomu 2 w marcu.”
„Nowe wydanie obejmuje długo wyczekiwany produkt „zamknięcie radiacyjne”, który bezpośrednio łączy pomiary chmur i aerozoli z obserwowanymi przepływami energii – oferując bezprecedensowe okno w procesy kształtujące klimat Ziemi.”
Udostępnienie pełnego zestawu danych publicznie oznacza, że naukowcy na całym świecie mogą teraz rozpocząć testowanie nowych hipotez, walidację modeli klimatu i pogody oraz badanie, jak niedawne zmiany atmosferyczne – od dymu pożarowego po przesunięcia w zanieczyszczeniu – wpływają na bilans energii planety. Wzmacnia to także współpracę międzynarodową: poprzez dzielenie się narzędziami i specjalistyczną wiedzą między agencjami i kontynentami, społeczność EarthCARE przyspiesza postęp naukowy i poszerza zasięg misji.
Dane są dostępne za pośrednictwem EarthCARE Online Dissemination Service. Przeczytaj także wiadomości z JAXA: Wszystkie dane obserwacyjne są teraz publicznie dostępne.
Vielen Dank, dass Sie den Artikel gelesen haben! Beobachten Sie uns unter Google Nachrichten.
