Τηλεπισκόπηση και άλλες Διαστημικές εφαρμογές για την παρακολούθηση και κατανόηση της απότομης κλιματικής αλλαγής

Από RemoteSensing Wiki

M. Rymasheuskaya a, M. Szabova b, S.-Y. Tan c

a Polotsk State University, Blokhin str. 29, 211440 Novopolotsk, Belarus - maryna_456@yahoo.com

b Dept. of Geography, University of Victoria, 3800 Finnerty Road, V8P 5C2 Victoria, BC, Canada - martina@szabova.sk

c Dept. of Geography, University of Cambridge, Downing Place, Cambridge, CB2 3EN, United Kingdom - syt23@cam.ac.uk

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ

Το κλίμα έχει υποστεί τόσο σταδιακές όσο και γρήγορες αλλαγές οι οποίες συμβαίνουν σε χρονικό διάστημα από δεκαετίες έως χιλιετίες. Έρευνα στο παρελθόν έχει δείξει δεσμούς ανάμεσα στην απότομη αλλαγή του κλίματος (Abrupt Climate Change-ACC) και σημαντικές αλλαγές στην κυκλοφορία της θερμότητας του Βόρειου Ατλαντικού. Δεδομένου ότι το ωκεάνιο αυτό σύστημα διαδραματίζει βασικό ρόλο στην αλλαγή του κλίματος, η τηλεπισκόπηση και οι διαστημικές εφαρμογές για τη μελέτη ACC γεγονότων στην περιοχή του Βόρειου Ατλαντικού είναι το επίκεντρο αυτής της μελέτης.

ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ

Πολυάριθμα παλαιοκλιματικά και αρχαιολογικά ευρήματα, όπως στοιχεία από πυρήνες πάγου, δακτύλιοι δέντρων και δείγματα ιζημάτων, δείχνουν ότι το κλίμα της Γης έχει μετατοπιστεί απότομα και δραματικά κατά το παρελθόν. Υπάρχει πιθανότητα τέτοια γεγονότα να συμβούν στο μέλλον. Ταχείες κλιματικές μεταβολές είχαν σημαντικές επιπτώσεις σε ολόκληρα οικοσυστήματα και πολιτισμούς, καθώς αυτοί τείνουν να είναι απροετοίμαστοι και συχνά ανίκανοι να προσαρμοστούν σε τόσο γρήγορες αλλαγές. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που θα μπορούσαν δυνητικά να προκαλέσουν γεγονότα ACC. Οι διαδικασίες που προκαλούν ACC έχουν καταχωρηθεί σε τρεις κατηγορίες: (i) ταχέως μεταβαλλόμενες εξωτερικές παράμετροι (ii) μεταβάσεις που συμβαίνουν αργά και προκαλούν την υπέρβαση ενός ορίου και τη μετάβαση σε μια δεύτερη ισορροπία, και (iii) αλλαγές στο σύστημα που συμβαίνουν αυθόρμητα. Τα ανθρώπινα όντα έχουν επίσης την ικανότητα να επηρεάσουν το περιβάλλον τους. Για παράδειγμα, ανθρωπογενείς παράγοντες θα μπορούσαν δυνητικά να προκαλέσουν μια εκδήλωση ACC. Αυξημένα επίπεδα CO2 στην ατμόσφαιρα θα μπορούσαν να προκληθούν από την αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, καθώς και οι αλλαγές χρήσεων γης λόγω της αστικοποίησης, της δασοκομίας και των γεωργικών πρακτικών. Οι Ωκεανοί θεωρείται ότι είναι ένα σημαντικό συστατικό του παγκόσμιου κλιματικού συστήματος. Χρησιμεύουν ως θερμική δεξαμενή και διαδραματίζουν καίριο ρόλο στην παγκόσμια κατανομή της θερμότητας και του νερού. Τρεις κύριες διαδικασίες οδηγούν στην κυκλοφορία των ωκεανών: (i) παλιρροιακές δυνάμεις, (ii) πιέσεις από ανέμους και (iii) διαφορές στην πυκνότητα. Η πυκνότητα του θαλασσινού νερού ελέγχεται από τη θερμοκρασία και την αλατότητά του, (θερμοαλική κυκλοφορία). Η περιοχή του Βόρειου Ατλαντικού θεωρείται ως μία από τις βασικές περιοχές που θα μπορούσαν να πυροδοτήσουν ένα συμβάν ACC. Από επιστημονική άποψη, και με εστίαση στην περιοχή του Βορείου Ατλαντικού, είναι σημαντικό να παρακολουθείται: (i) η εξέλιξη των πάγων της Αρκτικής και της Γροιλανδίας για να διαπιστωθεί αν επηρεάζουν την περιοχή όπου λαμβάνει χώρα ο σχηματισμός βαθέων υδάτων, ( ii) η τάση στο πάχος των πάγων της Αρκτικής και της Γροιλανδίας για τη μέτρηση της ισορροπίας του γλυκού νερού, (iii) η κίνηση του θαλάσσιου πάγου (παγόβουνα) με χωρική και χρονική συνέχεια σε μια έκταση πάνω από 105 km2 και (iv) ιδιότητες στα βάθη των ωκεανών, π.χ. αλατότητα, σε βάθη κάτω από 2.000 m και στον πυθμένα για την καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς των βαθέων υδάτων στην ωκεάνια κυκλοφορία. Ενώ μετρήσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας λαμβάνονται από διάφορους δορυφόρους τηλεπισκόπισης, για την επιστήμη της ωκεάνιας κυκλοφορίας λείπουν μετρήσεις για την αλατότητα στην επιφάνεια της θάλασσας.

Η ΥΠΟ ΕΞΕΤΑΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ / ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Η ανάπτυξη μοντέλων για την ακριβή προσομοίωση της ACC εξαρτάται από την συλλογή δεδομένων παρατήρησης καλής ποιότητας. Δεδομένα από παθητικά ραδιόμετρα μικροκυμάτων χρησιμοποιούνται για να συναχθεί η θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας, να οριοθετηθούν τα όρια του πάγου και να παρατηρηθούν ρύποι όπως πετρελαιοκηλίδες κλπ Οι περισσότερες εφαρμογές LiDAR (Light Detection and Ranging) επικεντρώνονται στην τηλεπισκόπηση της ατμόσφαιρας και της επιφάνειας της Γης, επίσης μπορούν να μετρηθούν αρκετές παράμετροι που σχετίζονται με τους ωκεανούς και το ισοζύγιο της μάζας των πάγων. Ραντάρ Συνθετικού Διαφράγματος (SAR) χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση του χιονιού, του πάγου, και το είδος πάγου. Η ταχύτητα του ανέμου υπολογίζεται από την επιφάνεια του ωκεανού με τη μέτρηση των κυμάτων. Μικροκύματα διασποράς μετρούν διανύσματα ταχύτητας των θαλάσσιων ανέμων κοντά στην επιφάνεια. Ρομποτικά αεροσκάφη, μπαλόνια που φέρουν ειδικά όργανα και συστήματα σημαδούρων καιρού είναι τυπικές συσκευές που χρησιμοποιούνται για τις ατμοσφαιρικές παρατηρήσεις. Μετρούν θερμοκρασία, υγρασία, πίεση, ταχύτητα του ανέμου και την κατεύθυνση στην ανώτερη ατμόσφαιρα και παρέχουν δωρεάν πληροφόρηση και επαλήθευση των δορυφορικών δεδομένων. Τα κύρια στοιχεία του συστήματος του προτεινόμενου προγράμματος απεικονίζονται στο Σχ. 1 Σχήμα 1. Μια επισκόπηση των προτεινόμενων τεχνολογιών για ένα ολοκληρωμένο σύστημα παρακολούθησης των παραμέτρων ACC

1) Το πρώτο τεχνολογικό υποσύστημα σχεδιάστηκε για συλλογή δειγμάτων ιζημάτων βαθέων υδάτων σε προ-προγραμματισμένες περιοχές. Όπως φαίνεται στο Σχ. 2, το σύστημα είχε σχεδιαστεί ως ένα όχημα σχήματος πούρου το οποίο οδηγείται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα, και τροφοδοτείται από μια κυψέλη καυσίμου. Οι δειγματολήπτες βασίζονται σε μια δορυφορική σύνδεση για υγειονομικούς ελέγχους του συστήματος, τη συλλογή δεδομένων του αισθητήρα, αρχεία καταγραφής αποστολής, και τον προγραμματισμό των αποστολών ή τις θέσεις του δείγματος. Λειτουργώντας σε ένα βάθος κάτω από 5000 m σε προ-προγραμματισμένες περιοχές, οι δειγματολήπτες εξαρτώνται από μια πηγή καυσίμου για αποστολές μεγάλης διάρκειας. Η αυτόνομη πλοήγηση επιτυγχάνεται με τη χρήση GPS ή συστημάτων GALILEO με αδρανειακές μονάδες μέτρησης.

2) Προκειμένου να επιτευχθούν μετρήσεις αλατότητας σε ωκεάνια βάθη από 0 έως 5.000 m σχεδιάστηκε ένα βαθέων υδάτων ρομποτικό σύστημα με την επωνυμία “THE ΑBYSS”. Οι μετρήσεις λαμβάνονται από ανιχνευτές βαθέων υδάτων που έχουν ένα κύκλο βύθιση-μέτρηση-ανάβαση, 10 ημερών.

3) Ο σχεδιασμός της μελέτης περιλαμβάνει μια συνεχή δυνατότητα παρακολούθησης του πάγου και της αλατότητας από το διάστημα από τρεις προτεινόμενες επιλογές τηλεπισκόπησης: (i) Radiometer L-band για τη μέτρηση της αλατότητας στην επιφάνειας της θάλασσας, (ii) LiDAR για υψηλής ανάλυσης τοπογραφία του πάγου, και (iii) Ραντάρ Συνθετικού Διαφράγματος για παντός καιρού παρακολούθηση της τοπογραφίας του πάγου.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Για να βελτιωθεί η προσομοίωση ενός γεγονότος ACC από αριθμητικά μοντέλα κλίματος, η εργασία «Οικόσφαιρα» εντόπισε τρεις βασικούς τομείς της επιστημονικής αβεβαιότητας στη μελέτη τέτοιων φαινομένων και έχει κάνει προτάσεις για λύσεις που βασίζονται στην τεχνολογία για την αντιμετώπιση των ακόλουθων τομέων: (i) την επίδραση του πάγου στη ροή του γλυκού νερού στον ωκεανό, (ii) μελέτες κυκλοφορία βαθέων υδάτων στον ωκεανό, και (iii) ενισχυμένη συλλογή παλαιοκλιματικών δεδομένων.

Πηγή άρθρου: http://www.isprs.org/publications/related/ISRSE/html/papers/945.pdf Βοηθητικές πηγές: https://en.wikipedia.org/wiki/Thermohaline_circulation