Широкополосные радиометрические измерения со спутников GPS показывают, что в летнее время альбедо Северного Ледовитого океана уменьшается быстрее, чем отступает морской лед.

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 13769 (2023) Цитировать эту статью

171 Доступ

Подробности о метриках

Новые измерения в Арктике ± 40 дней вокруг летнего солнцестояния показывают, что отраженный солнечный свет к северу от 80 ° с.ш. уменьшается на 20–35%. Покрытие арктического морского льда уменьшается на 7–9% за тот же период (по данным NSIDC), что означает, что альбедо арктического морского льда уменьшается в дополнение к отступлению морского льда. Подобные измерения в Антарктике служат основой для сравнения измерений в Арктике. Отраженный солнечный свет Антарктики к югу от 80 ° ю.ш. на 30% превышает коэффициент отражения Арктики и симметричен относительно точки солнцестояния, что подразумевает постоянную отражательную способность Антарктики. Отраженный солнечный свет в Арктике через 20 дней после солнцестояния на > 100 Вт/м2 меньше, чем отраженный солнечный свет в Антарктике. В перспективе этого тепла достаточно, чтобы растопить лед со скоростью более 1 мм/час. Эти результаты следует сравнить с климатическими моделями и наборами данных реанализа для дальнейшей количественной оценки роли альбедо морского льда в усилении Арктики. Измерения проводились с помощью ранее не публиковавшихся пиксельных радиометров на спутниках Глобальной системы позиционирования в период с 2014 по 2019 год. Орбиты GPS дают каждому радиометру мгновенные и непрерывные изображения 37% Земли, два полных изображения Арктики и Антарктики в день. Кроме того, группировка GPS обеспечивает постоянное покрытие Земли, что может предоставлять данные, дополняющие существующие инструменты с ограниченным полем зрения, которые обеспечивают менее синоптическое изображение Земли.

Быстро меняющийся климат Арктического региона вызывает такие явления, как уменьшение минимальной (сентябрьской) площади морского льда почти на 40% с 1970-х годов1,2,3. Было разработано несколько теорий, объясняющих более быстрые темпы потепления арктического региона (так называемое арктическое или полярное усиление) по сравнению с остальной частью Земли. Вероятные причины усиления Арктики включают4 «снижение альбедо летом из-за потери морского льда и снежного покрова, увеличение общего содержания водяного пара в арктической атмосфере, изменения общей облачности летом, дополнительное тепло, выделяемое вновь образовавшимся морским льдом на более обширных открытых территориях. акватории осенью, перенос тепла и влаги на север и меньшая скорость теплоотдачи в космос из Арктики по сравнению с субтропиками»5,6. Анализ на основе климатических моделей стимулирует интерпретацию и выдвижение гипотез о причинах усиления Арктики. Несколько анализов показали, что обратная связь с альбедо морского льда, вероятно, является движущей силой усиления Арктики7,8,9,10,11,12. Обратная связь альбедо возникает из-за (1) таяния морского льда, которое приводит к отступлению ледяного покрова, а также (2) уменьшения отражательной способности или альбедо оставшегося льда из-за таяния поверхности13,14,15,16,17,18, которое меняет отражательная способность поверхности снега и льда, а также образование плохо отражающих талых прудов. Большинство анализов климатической системы признают, что сокращение морского льда является важным фактором уменьшения альбедо9,14,19,20, но роль снижения альбедо21,22,23 оставшегося морского льда упоминается реже. Недавние анализы комплексных измерений арктического альбедо за достаточное количество лет, чтобы быть климатологически значимыми (т.е. за несколько десятилетий), по-видимому, немногочисленны.

Измерения отраженного от Земли солнечного света проводились с помощью пиксельных широкополосных кремниевых радиометров (0,4–1,0 мкм, видимый-ближний инфракрасный диапазон или VNIR), эксплуатируемых правительством США на семи спутниках Глобальной системы позиционирования (GPS)24 на высоте 20 200 км. Пиксельные радиометры GPS собирают измерения с 2013 года, и планируется, что они будут продолжаться до 2040 года. Данные этих инструментов могут стать ценным дополнением к проекту НАСА «Система лучистой энергии облаков и Земли» (CERES)25,26,27 и другим измерениям для определения радиации Земли. баланс28,29 путем обеспечения постоянного и полного покрытия Земли с помощью нескольких спутников, просматривающих все точки на Земле. Программа CERES включает шесть комплектов радиометров, от FM-1 до FM-6, на четырех спутниках на почти круговых маловысотных околополярных орбитах. FM-1 и FM-2 находятся на спутнике «Терра», FM-3 и FM-4 — на спутнике «Аква», оба запущены в 1997 году на орбиту высотой 705 км. FM-5 находится на спутнике С-АЭС, запущенном в 2009 году, а FM-6 - на спутнике NOAA-20, запущенном в 2014 году на орбите 834 км. На момент написания этой статьи (2023 г.) жизнь Терры и Аква, возможно, приближается к концу. Каждый из приборов CERES имеет три радиометрических канала с равномерным спектральным откликом на базе болометра: коротковолновый (0,3–5,0 микрон), оконный (8–12 микрон) и общий (0,3–100 микрон). Гиперспектральные формирователи изображений спектрометра среднего разрешения (MODIS)30 имеются на станциях Terra и Aqua, а гиперспектральные формирователи изображений Visible Infrared Imager-Radiometer Suite (VIIRS)31 имеются на АЭС Суоми и NOAA-20. Спектральные диапазоны MODIS и VIIRS аналогичны диапазонам геосинхронных метеорологических спутниковых изображений, так что измерения CERES можно передавать из CERES в MODIS/VIIRS на метеорологические изображения для обеспечения радиометрического покрытия географически и временно. CERES имеет частое, но не постоянное полярное покрытие. Хотя радиометры GPS имеют более узкий спектральный охват, подробно описанный ниже, чем обширный набор приборов CERES, радиометры GPS могут дополнять CERES (1) лучшим постоянным охватом Земли для измерения отраженного солнечного света, в частности обеспечивая постоянное охват полярных регионов, невидимых с геостационарных орбит, и (2) несколько одновременных просмотров всех точек на Земле для определения изменений углового отражения.