Klimatförändringar: bevisen från rymden

Från sin unika utsiktspunkt ger satelliterna viktiga vetenskapliga bevis för att förstå klimatet.

Satelliter har kontinuerligt observerat jorden under de senaste fem decennierna fram till i dag. Denna information hjälper forskarna att kartlägga utvecklingen för de viktigaste komponenterna i klimatet, bättre förstå jordens systemprocesser, förutsäga framtida förändringar och driva på internationella åtgärder.

Från rymden är bevisen för klimatförändringarna övertygande.

Omfattande nivåer av växthusgaser

Nivåerna av koldioxid och metan i atmosfären – de främsta drivkrafterna bakom de av människan orsakade klimatförändringarna – ligger på rekordhöga nivåer och fortsätter att stiga.

Satelliter används för att upptäcka den minsta förändringen i koncentrationen i atmosfären. De visar att koldioxiden steg till 407 ppm under 2018, medan metankoncentrationerna nu ligger omkring 150 procent över de förindustriella nivåerna (Buchwitz, M. et al. 2018) – och fortsätter att stiga.

Då satellitobservationer noggrant upptäcker dessa små förändringar – med en noggrannhet på 1 miljondelar för koldioxid – hjälper satellitobservationer forskarsamhället att förbättra globala klimatmodeller och bättre förutsäga den sannolika uppvärmningseffekten och effekterna som följer av ökade halter av växthusgaser i atmosfären.

ESA:s Climate Change Initiative Greenhouse Gas-projekt kartlägger den globala fördelningen av koldioxid och metan nära ytan. Gruppen bedriver forskning för att förbättra de nuvarande operativa produkterna som ursprungligen utvecklades av Climate Change Initiative, men som nu överförs och utökas årligen av EU:s Copernicus Climate Change Service.

Projektgruppen använder data från den senaste generationen satelliter, inklusive Copernicus Sentinel-5P-uppdraget, NASA:s OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory) och Kinas nationella rymdstyrelses TanSat-uppdrag, för att observera dessa växthusgaser så detaljerat som möjligt. Dessa satelliter ger data med ännu högre upplösning och är utrustade med förmågan att skilja mellan naturliga och mänskliga källor till koldioxid och metan och i sin tur stödja strategier för att minska utsläppen, såsom Parisavtalet, som tar itu med den globala uppvärmningen.

Kryosfären kryosfären krymper allmänt

Kryosfären – de områden på jorden där vatten är fruset – spelar en viktig roll för att moderera det globala klimatet.

Den globala uppvärmningen har lett till en utbredd kryosfärskrympning under de senaste decennierna, över polarisarna och glaciärerna, snötäcket på jorden och den arktiska havsisens utbredning och tjocklek, och temperaturen i permafrosten har också stigit, enligt en färsk rapport från IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).

I dessa ofta stora, avlägsna områden har satelliter gett avgörande insikter om de snabba förändringar som pågår.

Förändring av istäcken

Polära istäcken lagrar mer än 99 % av jordens sötvattensis på land. Även blygsamma förändringar kan påverka den globala havsnivån, öka översvämningarna vid kusterna och störa havsströmmarna.

Både Antarktis och Grönlands istäcken förändras snabbt. En ny internationell utvärdering som finansierats av ESA/Nasa visar att de förlorar ismassa sex gånger snabbare än på 1990-talet – en takt som för närvarande följer IPCC:s högsommarscenario för uppvärmning av klimatet (IMBIE Shepherd, A. et al, 2020).

Den totala kombinerade förlusten av ismassa över Grönland och Antarktis beräknas till 6.4 biljoner ton mellan 1992 och 2017 – vilket har lett till att den globala havsnivån har stigit med 17,8 millimeter.

Av den totala havsnivåhöjningen till följd av smältande polarisar är cirka 60 procent (10,5 miljarder ton) av den totala havsnivåhöjningen en följd av smältande polarisar.6 millimeter) berodde på Grönlands isförluster och 40 % berodde på Antarktis (7,2 millimeter).

Med hjälp av satellitdata uppskattar forskare att polarisarna står för en tredjedel av den totala havsnivåhöjningen.

Retablering av glaciärer

Glaciärernas massaförlust är kopplad till stigande lufttemperaturer, vilket gör dem till en tillförlitlig indikator på klimatförändringar. I en uppvärmd värld bidrar deras smältvatten till stigande havsnivåer och dessa förändringar påverkar tillgången på vatten runt om i världen.

Satellitskannrar hjälper till att kartlägga långsiktiga glaciärförändringar på lokal, regional och global nivå. Deras förmåga att på distans övervaka förändrad yta, höjd, massa och glaciärernas flödeshastighet hjälper till att uppskatta hur dessa faktorer bidrar till havsnivåhöjningen och frigörandet av mer sötvatten.

Glaciärer runt om i världen har förlorat långt över 9 000 gigaton (nio biljoner ton) is sedan 1961 (Zemp, M., et al., 2019). I takt med att glaciärerna har dragit sig tillbaka uppskattar forskarna att förlusten av glaciäris har stått för 21 % av den globala havsnivåhöjningen mellan 1993 och 2017 (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).

Nyckeln till att bedöma dessa förändringar eller att modellera deras framtida utveckling är att det finns en detaljerad inventering – en samling av viktiga fysiska egenskaper hos glaciärer. Glaciärprojektet inom ramen för ESA:s klimatförändringsinitiativ tillhandahöll en tredjedel av de 198 000 glaciärkonturer som ingår i Randolph Glacier Inventory, världens första globalt kompletta inventering. Denna resurs ger auktoritativa observerade bevis för trender och utgjorde ett viktigt bidrag till de bedömningar av havsnivåförändringar som gjordes i IPCC:s femte utvärderingsrapport.

Minskande havsis

Den långvariga minskningen av polarhavsisen är en av de tydligaste indikationerna på förändringar i jordens miljö.

Från rymden kan vi observera en långsiktig minskning av den arktiska havsisens utbredning, under alla månader från 1979 till idag.

Den kraftigaste minskningen observeras årligen under sensommaren och uppskattningar tyder på att havsisens areal har minskat från 8 miljoner km² under september i slutet av 1970-talet till cirka 4 miljoner km², dess lägsta utbredning, under 2012.

Satellitupptagningen av havsisen, som utvecklats gemensamt av ESA:s havsisprojekt Climate Change Initiative Sea Ice project och EUMETSAT OSI SAF, sträcker sig över 40 år fram till idag. Det är ett viktigt verktyg som gör det möjligt för forskarvärlden att utvärdera och förbättra noggrannheten hos klimatmodellernas förutsägelser och att övervaka förändringar och bedöma trender med större säkerhet.

Med hjälp av dessa data har klimatmodellerare använt sig av en tydlig koppling mellan den minskande havsisstäckningen på Arktis sommartid och de kumulativa koldioxidutsläppen från mänsklig verksamhet.

I en nyligen genomförd studie uppskattas det att tre kvadratmeter arktisk havsis går förlorad för varje ton koldioxidutsläpp (Notz och Stoeve, 2016).

Den senaste generationen klimatmodeller, som valideras med hjälp av ESA:s CCI-satellitupptagning av havsis, visar att Norra ishavet kan vara isfritt under sommarmånaderna så tidigt som 2050.

Stigande havsnivåer

Miljöns havsnivå har globalt stigit med cirka 15 cm under 1900-talet och stiger för närvarande mer än dubbelt så snabbt med en hastighet på 3.6 mm per år (mellan 2006-2015).

Enligt IPCC:s särskilda rapport om havet och kryosfären i ett förändrat klimat kan havsnivåhöjningen uppgå till 60-110 cm fram till 2100 i modellberäkningar som utgår från att länderna inte vidtar några större åtgärder för att minska utsläppen av växthusgaser. Detta skulle göra översvämningar till en årlig företeelse och öka riskerna för 1,9 miljarder människor som lever i låglänta kustområden.

Viktiga bidragande orsaker till stigande havsnivåer är bland annat följande: termisk expansion som svar på stigande havsvattentemperaturer och tillförsel av sötvatten i takt med att istäcken och glaciärer förlorar massa. Vi vet detta eftersom specialiserade sensorer på jordobservationssatelliter mäter havsytans temperatur och förändringarna i is och glaciärer.

Genom att slå samman observationer från elva olika satellituppdrag har ESA:s projekt för klimatförändringsinitiativets havsnivå genererat ett mycket exakt och kontinuerligt 25-årigt register över havsytans höjd (Ablain, M. et al.(2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).

En exakt förståelse av förändringarna i den globala havsnivån, inklusive viktiga regionala skillnader, är avgörande för att det internationella samfundet ska kunna utveckla ett effektivt svar.

Högsta havsnivå stiger inte enhetligt överallt – mätningar som endast är möjliga med hjälp av satelliter visar hur havsnivåerna över hela världen varierar på grund av vindar, atmosfärstryck, havsbotten, jordens rotation samt vattnets temperatur och salthalt.

Minskande snötäcke och snömassa

Snötäcket är mycket känsligt för en temperaturökning. Satellitdata visar att när den globala temperaturen stiger minskar snöutbredningen med en hastighet av (-0,55 ± 0,21) × 106 km² per decennium på våren över hela norra halvklotet under 1980-talet och 2000-talet (Thackeray, C. et al. (2016)).

ESA:s snöprojekt inom ramen för Climate Change Initiative ger den första tillförlitliga uppskattningen av förändringen av snömassan med hjälp av en 39-årig global tidsserie som baseras på passiva mikrovågsobservationer via satellit. Kontinentala trender har observerats. Snömassan minskade till exempel med 46 gigaton per decennium i Nordamerika. Även om detta inte återspeglades i Eurasien observerades stor regional variation.

Baserat på nuvarande trender och tröskelvärdet på 1,5 °C ökning av yttemperaturen förutspådde klimatmodellerna att snömassan kommer att minska med upp till 40 % i centrala Nordamerika, Västeuropa och nordvästra Ryssland i förhållande till 1986-2005.

Klimatövervakning från rymden

Mätningar från ESA:s uppdrag ger ett betydande bidrag till klimatövervakningen. Observationer från ESA:s 40-åriga satellitarkiv samt från ESA:s nuvarande uppdrag, Copernicus Sentinels och uppdrag från tredje part utnyttjas av ESA:s klimatförändringsinitiativ för att generera konsekventa, långsiktiga och globala dataregister för 21 viktiga klimatvariabler.

Dessa tillförlitliga register stödjer UNFCCC-processen som driver på internationella klimatåtgärder. De används tillsammans med jordsystemmodeller för att studera drivkrafter, interaktioner och återkopplingar till följd av klimatförändringar samt reservoarer, teleförbindelser, tipping points och flöden av energi, vatten, kol med mera.

Utforska klimatdata

Besök avsnittet Utforska för att titta närmare på de klimatdata som produceras genom Europeiska rymdorganisationens program för klimatförändringsinitiativet.