Zmiana klimatu: dowody z kosmosu

Z ich unikalnego punktu obserwacyjnego, satelity dostarczają kluczowych linii dowodów naukowych, aby zrozumieć klimat.

Satelity stale obserwowały Ziemię w ciągu ostatnich pięciu dekad do dnia dzisiejszego. Informacje te pomagają naukowcom nakreślić ewolucję kluczowych składników klimatu, lepiej zrozumieć procesy systemu ziemskiego, przewidzieć przyszłe zmiany i napędzać działania międzynarodowe.

Z kosmosu dowody na zmiany klimatu są przekonujące.

Niespotykane poziomy gazów cieplarnianych

Poziomy dwutlenku węgla i metanu w atmosferze – główne czynniki powodujące zmiany klimatu wywołane przez człowieka – są na rekordowym poziomie i nadal rosną.

Satelity są wykorzystywane do wykrywania najmniejszych zmian w stężeniu atmosferycznym. Pokazują one, że dwutlenek węgla wzrósł do 407 ppm w 2018 roku, podczas gdy stężenia metanu są obecnie około 150% powyżej poziomów przedprzemysłowych (Buchwitz, M. et al. 2018) – i nadal rosną.

Dokładnie wykrywając te niewielkie zmiany – z dokładnością do 1 części na milion w przypadku dwutlenku węgla – obserwacje satelitarne pomagają społeczności naukowej ulepszyć globalne modele klimatyczne i lepiej przewidzieć prawdopodobny efekt ocieplenia i skutki wynikające ze zwiększonych poziomów gazów cieplarnianych w atmosferze.

Projekt Climate Change Initiative Greenhouse Gas realizowany przezESA mapuje globalny rozkład dwutlenku węgla i metanu przy powierzchni ziemi. Zespół podejmuje badania w celu poprawy obecnych produktów operacyjnych początkowo opracowanych przez Climate Change Initiative, a obecnie przenoszonych i rozszerzanych corocznie przez unijny Copernicus Climate Change Service.

Zespół projektowy wykorzystuje dane z satelitów najnowszej generacji, w tym misji Copernicus Sentinel-5P, NASA Orbiting Carbon Observatory (OCO-2) oraz misji TanSat Chińskiej Narodowej Administracji Kosmicznej, aby obserwować te gazy cieplarniane w najdrobniejszych szczegółach. Satelity te dostarczają danych o jeszcze wyższej rozdzielczości i są wyposażone w zdolność rozróżniania naturalnych i ludzkich źródeł dwutlenku węgla i metanu, a z kolei wspierają politykę redukcji emisji, taką jak Porozumienie Paryskie, która dotyczy globalnego ocieplenia.

Skurczenie się kriosfery jest powszechne

Kriosfera – obszary na Ziemi, gdzie woda jest zamarznięta – odgrywa ważną rolę w moderowaniu globalnego klimatu.

Ogólnoświatowe ocieplenie doprowadziło do powszechnego kurczenia się kriosfery w ostatnich dziesięcioleciach, w obrębie polarnych pokryw lodowych i lodowców, lądowej pokrywy śnieżnej, zasięgu i grubości arktycznego lodu morskiego, przy czym temperatury wiecznej zmarzliny również wzrosły, zgodnie z najnowszym raportem IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).

Na tych często rozległych, odległych obszarach satelity zapewniły kluczowy wgląd w szybkie zachodzące zmiany.

Zmieniające się pokrywy lodowe

Polarne pokrywy lodowe przechowują ponad 99% ziemskiego lodu słodkowodnego na lądzie. Nawet niewielkie zmiany mogą wpłynąć na globalny poziom mórz, zwiększyć zalewanie wybrzeży i zakłócić prądy oceaniczne.

Płyty lodowe Antarktydy i Grenlandii szybko się zmieniają. Ostatnia międzynarodowa ocena finansowana przez ESA / NASA pokazuje, że tracą one masę lodową sześć razy szybciej niż w latach 90-tych – tempo, które obecnie odpowiada scenariuszowi ocieplenia klimatu IPCC (IMBIE Shepherd, A. et al., 2020).

Całkowitą łączną utratę masy lodu na Grenlandii i Antarktydzie szacuje się na 6.4 tryliony ton w latach 1992-2017 – popychając globalny poziom morza w górę o 17,8 milimetrów.

Z całkowitego wzrostu poziomu morza pochodzącego z topnienia polarnych pokryw lodowych, około 60% (10.6 milimetrów) wynikało z utraty lodu Grenlandii, a 40% z Antarktydy (7,2 milimetra).

Używając danych satelitarnych, naukowcy szacują, że polarne pokrywy lodowe są odpowiedzialne za jedną trzecią całego wzrostu poziomu morza.

Odtwarzanie lodowców

Utrata masy lodowców jest związana z rosnącymi temperaturami powietrza, co czyni je wiarygodnym wskaźnikiem zmian klimatu. W ocieplającym się świecie ich woda roztopowa przyczynia się do podnoszenia się poziomu mórz, a zmiany te wpływają na dostępność wody na całym świecie.

Skanowanie satelitarne pomaga w sporządzaniu wykresów długoterminowych zmian lodowców w skali lokalnej, regionalnej i globalnej. Ich zdolność do zdalnego monitorowania zmieniającej się powierzchni, wysokości, masy i prędkości, z jaką płyną lodowce, pomaga oszacować, jak te czynniki przyczyniają się do wzrostu poziomu morza i uwalniania większej ilości słodkiej wody.

Lodowce na całym świecie straciły znacznie ponad 9000 gigaton (dziewięć bilionów ton) lodu od 1961 r. (Zemp, M., et al., 2019). Ponieważ lodowce wycofały się, naukowcy szacują, że utrata lodu lodowcowego odpowiadała za 21% globalnego wzrostu poziomu morza w latach 1993-2017 (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

Kluczem do oceny tych zmian lub modelowania ich przyszłej ewolucji jest istnienie szczegółowej inwentaryzacji – zbioru kluczowych cech fizycznych lodowców. Projekt ESA Climate Change Initiative dotyczący lodowców dostarczył jedną trzecią z 198 000 konturów lodowców, które składają się na Randolph Glacier Inventory, pierwszy na świecie globalnie kompletny inwentarz. Zasób ten dostarcza miarodajnych zaobserwowanych dowodów na trendy i stanowi główny wkład w ocenę zmian poziomu morza w piątym raporcie IPCC.

Zmniejszanie się ilości lodu morskiego

Długoterminowy spadek ilości polarnego lodu morskiego stanowi jedną z najwyraźniejszych oznak zmian w środowisku Ziemi.

Z kosmosu możemy obserwować długoterminowy spadek zasięgu arktycznego lodu morskiego, we wszystkich miesiącach od 1979 roku do chwili obecnej.

Najsilniejszy spadek obserwowany jest corocznie późnym latem, a szacunki wskazują, że obszar lodu morskiego zmniejszył się z 8 mln km² we wrześniu pod koniec lat 70. do około 4 mln km², najniższego zasięgu, w 2012 roku.

Opracowany wspólnie przez należący do ESA projekt Climate Change Initiative Sea Ice oraz EUMETSAT OSI SAF, satelitarny zapis lodu morskiego obejmuje ponad czterdzieści lat do dnia dzisiejszego. Jest to kluczowe narzędzie, umożliwiające społeczności naukowej ocenę i poprawę dokładności przewidywań modeli klimatycznych, a także monitorowanie zmian i ocenę trendów z większym zaufaniem.

Używając tych danych, modelarze klimatu wykorzystali ustalili wyraźny związek między zmniejszającą się letnią pokrywą lodu morskiego Arktyki a skumulowanymi emisjami dwutlenku węgla z działalności człowieka.

W ostatnim badaniu oszacowano, że trzy metry kwadratowe arktycznego lodu morskiego są tracone na każdą tonę emisji dwutlenku węgla (Notz i Stoeve, 2016).

Najnowsza generacja modeli klimatycznych, które są zatwierdzone przy użyciu zapisu satelitarnego lodu morskiego ESA CCI, wskazuje, że Ocean Arktyczny może być wolny od lodu w miesiącach letnich już w 2050 roku.

Wzrastający poziom mórz

Poziom mórz podniósł się globalnie o około 15 cm w ciągu XX wieku, a obecnie podnosi się ponad dwukrotnie szybciej w tempie 3.6 mm rocznie (w latach 2006-2015).

Według specjalnego raportu IPCC na temat oceanu i kriosfery w zmieniającym się klimacie, wzrost poziomu morza może osiągnąć 60-110 cm do 2100 r. w prognozach modelowych, które zakładają, że kraje podejmują niewielkie działania w celu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. To sprawiłoby, że powodzie stałyby się zjawiskiem corocznym, zwiększając ryzyko, na jakie narażonych jest 1,9 miliarda ludzi żyjących w nisko położonych regionach przybrzeżnych.

Ważne czynniki przyczyniające się do wzrostu poziomu morza obejmują: rozszerzalność termiczną w odpowiedzi na wzrost temperatury wody morskiej oraz dodawanie słodkiej wody w miarę utraty masy przez pokrywy lodowe i lodowce. Wiemy to, ponieważ wyspecjalizowane czujniki na satelitach obserwujących Ziemię mierzą temperaturę powierzchni morza oraz zmiany w lodzie i lodowcach.

Dzięki połączeniu obserwacji z 11 różnych misji satelitarnych, projekt ESA Climate Change Initiative Sea Level wygenerował wysoce precyzyjny i ciągły 25-letni zapis wysokości powierzchni morza (Ablain, M. et al.(2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).

Dokładne zrozumienie zmian w globalnym poziomie morza, w tym ważnych różnic regionalnych, jest niezbędne dla społeczności międzynarodowej do opracowania skutecznej odpowiedzi.

Poziom morza nie wzrasta wszędzie jednakowo – pomiary możliwe tylko przez satelitę pokazują, jak poziom morza na całym świecie różni się ze względu na wiatry, ciśnienie atmosferyczne, dno oceanu, ruch obrotowy Ziemi, a także temperaturę i zasolenie wody.

Zmniejszanie się pokrywy śnieżnej i masy śniegu

Pokrywa śnieżna jest bardzo wrażliwa na wzrost temperatury. Dane satelitarne pokazują, że wraz ze wzrostem globalnych temperatur zasięg pokrywy śnieżnej zmniejszył się w tempie (-0,55 ± 0,21) × 106 km² na dekadę wiosną na całej półkuli północnej w latach 80. XX wieku i w XXI wieku (Thackeray, C. et al. (2016)).

Projekt śnieżny Climate Change Initiative realizowany przezESA dostarcza pierwszych wiarygodnych szacunków zmian masy śniegu, wykorzystując 39-letni globalny szereg czasowy oparty na pasywnych mikrofalowych obserwacjach satelitarnych. Zaobserwowano tendencje kontynentalne. Na przykład, masa śniegu zmniejszyła się o 46 gigaton na dekadę w Ameryce Północnej. Chociaż nie znalazło to odzwierciedlenia w Eurazji, zaobserwowano dużą zmienność regionalną.

Based on current trends and the threshold of 1.5 °C rise in surface temperature, climate models predicted that snow mass will decrease up to 40% in central North America, Western Europe, and northwest Russia, relative to 1986-2005.

Monitoring climate from space

Measurements from ESA missions provide a substantial contribution to climate monitoring. Obserwacje z 40-letniego archiwum satelitarnego ESA, jak również z obecnych misji ESA, misji Copernicus Sentinels i misji stron trzecich są wykorzystywane przez Inicjatywę ESA na rzecz Zmian Klimatu do generowania spójnych, długoterminowych i globalnych zapisów danych dla 21 kluczowych podstawowych zmiennych klimatu.

Te zaufane zapisy wspierają proces UNFCCC, który napędza międzynarodowe działania na rzecz klimatu. Są one wykorzystywane w połączeniu z modelami systemu ziemskiego do badania czynników, interakcji i sprzężeń zwrotnych spowodowanych zmianami klimatu, jak również zbiorników, połączeń, punktów krytycznych i przepływów energii, wody, węgla i innych.

Poznaj dane klimatyczne

Odwiedź sekcję Explore, aby przyjrzeć się bliżej danym klimatycznym produkowanym w ramach programu Inicjatywy Zmian Klimatu Europejskiej Agencji Kosmicznej.

.