Διερεύνηση της Γιγαντιαίας Αμμοθύελλας της Σαχάρας του Ιουνίου 2020 με Χρήση Παρατηρήσεων Τηλεπισκόπησης και Μοντέλων Επανάλυσης

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 09:29, 7 Φεβρουαρίου 2026

Άρθρο: Διερεύνηση της Γιγαντιαίας Αμμοθύελλας της Σαχάρας του Ιουνίου 2020 με Χρήση Παρατηρήσεων Τηλεπισκόπησης και Μοντέλων Επανάλυσης
Συγγραφείς: A Asutosh, V Vinoj, Nuncio Murukesh, Ramakrishna Ramisetty, Nishant Mittal
Πηγή: https://doi.org/10.1038/s41598-022-10017-1
Ημερομηνία: 12 Απριλίου 2022

Εικόνα 1. Εξέλιξη της αμμοθύελλας από το διάστημα (Εικόνες ορατού φάσματος από το MODIS)

Εικόνα 2. Κατακόρυφη δομή στρώματος σκόνης από τον αισθητήρα CALIOP. Πηγή: NASA Earth Observatory/CALIPSO).

Εικόνα 3. Χρονοσειρά Οπτικού Βάθους (AOD) (Χρονοσειρές μέσων τιμών AOD από MODIS, OMI και μοντέλα. Η σκίαση δείχνει την περίοδο αιχμής 14–19 Ιουνίου 2020).

Εικόνα 4. Οπτικές Ιδιότητες Αερολυμάτων (Χρονοσειρές μέσων τιμών περιοχής για (a) την παράμετρο Angstrom από το MERRA-2, (b) τον Δείκτη Αερολυμάτων UV από το OMI, (c) το Single Scattering Albedo από το OMI. Η σκίαση υποδεικνύει την περίοδο της αμμοθύελλας. Οι ράβδοι σφάλματος υποδεικνύουν την τυπική απόκλιση +1σ).

Εικόνα 5. Επίγεια Επιβεβαίωση (Ραδιοβολίσεις) (Σύνθετη απεικόνιση έξι ημερών στον σταθμό Guimar-Τενερίφη. Συγκρίνει τα προφίλ θερμοκρασίας και υγρασίας πριν, κατά τη διάρκεια και μετά το γεγονός. Τα επίπεδα πίεσης 700 hPa και 550 hPa αντιστοιχούν σε υψόμετρο 3 χιλιομέτρων και 5 χιλιομέτρων αντίστοιχα.)

Εικόνα 6. Χωρικός χάρτης Ατμοσφαιρικού Εξαναγκασμού Ακτινοβολίας (ARF) (Χωρικός χάρτης μέσων τιμών του ARF (a) στην κορυφή της ατμόσφαιρας, (b) εντός της ατμόσφαιρας και (c) στην επιφάνεια, χρησιμοποιώντας δεδομένα MERRA-2 κατά τη διάρκεια της αμμοθύελλας).

Πίνακας 1. Συγκεντρωτική μεταβολή οπτικών και θερμοδυναμικών παραμέτρων κατά την αμμοθύελλα σε σχέση με την κλιματολογία (2015–2019).

Περίληψη

Η παρούσα μελέτη εμπίπτει στο πεδίο της Ατμοσφαιρικής Φυσικής και της Διαχείρισης Φυσικών Καταστροφών, εστιάζοντας ειδικότερα στην πολυπαραμετρική ανάλυση της ιστορικής αμμοθύελλας "Godzilla" του Ιουνίου 2020. Πρόκειται για το σφοδρότερο γεγονός μεταφοράς σκόνης των τελευταίων δεκαετιών, και ο κύριος στόχος της εφαρμογής είναι η διερεύνηση των άμεσων επιπτώσεών του στις ατμοσφαιρικές ακτινοβολιακές και θερμοδυναμικές ιδιότητες, καθώς και η αξιολόγηση της ικανότητας των σύγχρονων εργαλείων να χαρτογραφούν τέτοια ακραία φαινόμενα. Στο παρελθόν, η παρακολούθηση της μεταφοράς σκόνης γινόταν με μεθόδους όπως τα αραιά δίκτυα επίγειων μετρήσεων και οι υποκειμενικές αναφορές ορατότητας από εμπορικά πλοία ή αεροδρόμια. Οι μέθοδοι αυτές άφηναν τεράστια χωρικά κενά στον Ατλαντικό Ωκεανό και αδυνατούσαν πλήρως να καταγράψουν την κατακόρυφη δομή του νέφους ή να ποσοτικοποιήσουν την επίδρασή του στο ενεργειακό ισοζύγιο. Η προτεινόμενη προσέγγιση καλύπτει αυτό το κενό, συνδυάζοντας δορυφορικά δεδομένα πολλαπλών δεκτών με προηγμένα μοντέλα για την ολοκληρωμένη μελέτη του φαινομένου σε τρεις διαστάσεις.

Μέθοδοι

Η έρευνα αξιοποιεί δεδομένα από ένα πλέγμα δορυφορικών συστημάτων (Terra, Aqua, Aura, CALIPSO) σε συνέργεια με τα παγκόσμια μοντέλα επανάλυσης MERRA-2 και CAMS. Χρησιμοποιήθηκαν εξειδικευμένοι δέκτες για κάθε πτυχή του φαινομένου: το MODIS (φάσμα ορατού) παρείχε το Οπτικό Βάθος Αερολυμάτων (AOD) για τη χωρική κατανομή, το OMI (υπεριώδες) τον Δείκτη Αερολυμάτων (UVAI) για τον διαχωρισμό των απορροφητικών σωματιδίων, ενώ το AIRS συνεισέφερε με προφίλ θερμοκρασίας και υγρασίας. Κρίσιμη ήταν η συμβολή του ενεργού αισθητήρα Lidar του CALIOP, ο οποίος επέτρεψε την τομή της ατμόσφαιρας για την εύρεση του ύψους της σκόνης. Σε επίπεδο προεπεξεργασίας, επιλέχθηκαν δεδομένα Επιπέδου 3 (Level-3), τα οποία είχαν υποστεί γεωαναφορά και αναγωγή σε παγκόσμιο πλέγμα 1° × 1°. Βασικό μεθοδολογικό βήμα αποτέλεσε ο υπολογισμός των κλιματικών ανωμαλιών βάσει της περιόδου αναφοράς 2002–2019. Μέσω αυτής της διαδικασίας αφαιρέθηκε το εποχικό υπόβαθρο, επιτρέποντας την ακριβή απομόνωση και ποσοτικοποίηση της ακραίας απόκλισης που προκάλεσε το συγκεκριμένο γεγονός.

Επιπλέον, για την πλήρη κατανόηση της τρισδιάστατης εξέλιξης, αξιοποιήθηκαν τα δεδομένα του CALIOP. Η ανάλυση της κατακόρυφης τομής ήταν απαραίτητη για να επιβεβαιωθεί ότι η θέρμανση που παρατηρήθηκε συνέπιπτε υψομετρικά με το στρώμα της σκόνης.

Τέλος, πραγματοποιήθηκε συγχώνευση και στατιστική σύγκριση των δορυφορικών μετρήσεων με τα μοντέλα για την αμοιβαία επικύρωση των ευρημάτων.

Αποτελέσματα

Η ανάλυση κατέδειξε ότι το φαινόμενο ήταν το ισχυρότερο της εικοσαετίας, με τις τιμές AOD να ξεπερνούν το 1.5, τιμή εξαιρετικά σπάνια για ωκεάνιες περιοχές.

Η σύγκριση της χωρικής κατανομής μεταξύ των δορυφορικών δεδομένων και των μοντέλων έδειξε ότι τα μοντέλα (MERRA-2, CAMS) κατάφεραν να αναπαράγουν με μεγάλη ακρίβεια τη γεωγραφική εξάπλωση του νέφους σκόνης. Η στατιστική αντιπαραβολή με τα μοντέλα επανάλυσης εμφάνισε υψηλή συσχέτιση (Pearson’s r > 0.93), αποδεικνύοντας την αξιοπιστία των σύγχρονων προσομοιώσεων. Πέρα από την ποσότητα, αναλύθηκαν και οι οπτικές ιδιότητες των σωματιδίων για να επιβεβαιωθεί η προέλευσή τους. Οι δείκτες επιβεβαίωσαν ότι πρόκειται για χονδρόκοκκα και απορροφητικά σωματίδια σκόνης, όπως φαίνεται στα παρακάτω διαγράμματα.

Το σημαντικότερο εύρημα, ωστόσο, αφορά τη θερμοδυναμική αλληλεπίδραση. Η παρουσία του πυκνού νέφους σκόνης προκάλεσε σημαντική θέρμανση των ατμοσφαιρικών στρωμάτων (8–16%) και μείωση της σχετικής υγρασίας (2–4%), γεγονός που επιβεβαιώνεται από την ανάλυση των κατακόρυφων προφίλ της ατμόσφαιρας μέσω επίγειων μετρήσεων.

Η αιτία αυτής της θέρμανσης και της μεταβολής στη σταθερότητα της ατμόσφαιρας αποδίδεται στον Εξαναγκασμό Ακτινοβολίας (ARF). Η σκόνη απορρόφησε ηλιακή ενέργεια εντός της ατμόσφαιρας, εμποδίζοντάς την να φτάσει στην επιφάνεια, προκαλώντας έτσι ψύξη χαμηλά αλλά θέρμανση στα ψηλότερα στρώματα.

Για την ποσοτική αποτίμηση της έντασης του φαινομένου, οι συνολικές αποκλίσεις όλων των εξεταζόμενων παραμέτρων (οπτικών και θερμοδυναμικών) σε σχέση με την κλιματολογική περίοδο αναφοράς, συνοψίζονται στον ακόλουθο πίνακα:

Συμπεράσματα

Η μελέτη αποδεικνύει ότι η συνδυαστική χρήση πολυφασματικών δορυφορικών δεκτών και μοντέλων είναι απαραίτητη για την ολοκληρωμένη παρακολούθηση ακραίων φαινομένων. Η μέθοδος υπερτερεί σαφώς των συμβατικών τεχνικών, καθώς παρέχει κρίσιμη γνώση όχι μόνο για τη μεταφορά μάζας, αλλά και για την αλληλεπίδραση αερολυμάτων-ακτινοβολίας. Τα ευρήματα αυτά είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση των κλιματικών προβλέψεων, καθώς η ακριβής αναπαράσταση της θέρμανσης που προκαλεί η σκόνη μπορεί να βελτιώσει την κατανόηση της ενεργειακής ισορροπίας του πλανήτη και της εξέλιξης των καιρικών συστημάτων στον Ατλαντικό.

Βιβλιογραφία

1. NASA Earth Observatory. A Dust Plume to Remember. June 2020. https://earthobservatory.nasa.gov/