Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Тренды атмосферной температуры 1979-2016 гг. На основе спутниковых измерений; тропосфера вверху, стратосфера внизу.
Для более широкого охвата этой темы см. Измерение температуры .

Спутниковые измерения температур являются выводы о температуре в атмосфере на различных высоты, а также морская и поверхность земли температура , полученная из радиометрических измерений с помощью спутников . Эти измерения могут использоваться для определения погодных фронтов , мониторинга Эль-Ниньо и Южного колебания , определения силы тропических циклонов , изучения городских тепловых островов и мониторинга глобального климата. Лесные пожары , вулканы и промышленные горячие точки также можно обнаружить с помощью тепловизионных изображений с метеорологических спутников.

Метеорологические спутники не измеряют температуру напрямую. Они измеряют яркость в различных диапазонах длин волн . С 1978 года приборы микроволнового зондирования (МСЗ) на спутниках, находящихся на полярной орбите Национального управления океанических и атмосферных исследований , измеряют интенсивность восходящего микроволнового излучения атмосферного кислорода , которое связано с температурой широких вертикальных слоев атмосферы. Измерения инфракрасного излучения, относящегося к температуре поверхности моря, собираются с 1967 года.

Наборы спутниковых данных показывают, что за последние четыре десятилетия тропосфера нагрелась, а стратосфера остыла. Обе эти тенденции согласуются с влиянием увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере .

Измерения [ править ]

Спутники не измеряют температуру напрямую. Они измеряют яркость в различных диапазонах длин волн, которые затем необходимо математически инвертировать, чтобы получить косвенные заключения о температуре. [1] [2] Полученные профили температуры зависят от деталей методов, которые используются для получения температуры от источников излучения. В результате разные группы, проанализировавшие спутниковые данные, создали разные наборы данных о температуре.

Спутниковые временные ряды неоднородны. Он состоит из серии спутников с похожими, но не идентичными датчиками. Датчики также со временем изнашиваются, и необходимы поправки на орбитальный дрейф и затухание. [3] [4] Особенно большие различия между восстановленными температурными рядами возникают в те немногие моменты, когда существует небольшое временное перекрытие между последовательными спутниками, что затрудняет интеркалибровку. [ необходима ссылка ] [5]

Инфракрасные измерения [ править ]

Измерения поверхности [ править ]

Смотрите также: Температура поверхности моря § Метеорологические спутники
Воспроизвести медиа
Аномалии температуры поверхности земли для данного месяца по сравнению с долгосрочной средней температурой этого месяца в период с 2000 по 2008 год. [6]
Воспроизвести медиа
Аномалии температуры поверхности моря для данного месяца по сравнению с долгосрочной средней температурой этого месяца с 1985 по 1997 г. [7]

Инфракрасное излучение можно использовать для измерения как температуры поверхности (с использованием длин волн "окна", для которых атмосфера прозрачна), так и температуры атмосферы (с использованием длин волн, для которых атмосфера непрозрачна, или измерения температуры верхней границы облаков в инфракрасные окна).

Спутники, используемые для определения температуры поверхности посредством измерения теплового инфракрасного излучения, обычно требуют безоблачных условий. Некоторые из инструментов включают усовершенствованный радиометр очень высокого разрешения (AVHRR), радиометры со сканированием по треку (AASTR), комплект радиометров для визуализации видимого инфракрасного изображения (VIIRS), атмосферный инфракрасный зонд (AIS) и спектрометр с преобразованием Фурье ACE (ACE ‐ FTS). ) на канадском спутнике SCISAT-1 . [8]

Метеорологические спутники доступны для получения информации о температуре поверхности моря (SST) с 1967 года, при этом первые глобальные композиты появились в 1970 году. [9] С 1982 года [10] спутники все чаще используются для измерения SST и позволяют определять его пространственные и временные характеристики. вариации, чтобы их можно было рассмотреть более полно. Например, изменения в ТПМ, наблюдаемые через спутник, использовались для документирования развития Южного колебания Эль-Ниньо с 1970-х годов. [11]

На суше восстановить температуру по яркости сложнее из-за неоднородностей поверхности. [12] Исследования эффекта городского острова тепла проводились с помощью спутниковых снимков. [13] Использование современных инфракрасных спутниковых изображений с очень высоким разрешением может быть использовано при отсутствии облачности для обнаружения неоднородностей плотности ( погодных фронтов ), таких как холодные фронты на уровне земли. [14] Используя метод Дворжака , инфракрасные спутниковые изображения могут быть использованы для определения разницы температур между глазом и температурой верхней границы облаков.центральная плотная облачность зрелых тропических циклонов для оценки их максимальных устойчивых ветров и минимального центрального давления . [15]

Радиометры со сканирующим треком на борту метеорологических спутников способны обнаруживать лесные пожары, которые проявляются ночью в виде пикселей с температурой выше 308 К (95 ° F). [16] Умеренное разрешение спектрорадиометр на борте спутника Terra может обнаружить тепловые горячие пятна , связанные с лесными пожарами, вулканами и промышленными горячими точками. [17]

Атмосферный инфракрасный зонд на спутнике Аква запущен в 2002 году, использует инфракрасное обнаружение для измерения температуры вблизи поверхности. [18]

Измерения стратосферы [ править ]

Измерения температуры в стратосфере производятся с помощью инструментов Stratospifer Sounding Unit (SSU), которые представляют собой трехканальные инфракрасные (ИК) радиометры. [19] Так как это измеряет инфракрасное излучение от углекислого газа, непрозрачность атмосферы выше и, следовательно, температура измеряется на большей высоте (стратосфера), чем микроволновые измерения.

С 1979 года блоки зондирования стратосферы (SSU) на действующих спутниках NOAA предоставляют данные о температуре, близкой к глобальной стратосферной температуре над нижними слоями стратосферы. SSU - это спектрометр дальнего инфракрасного диапазона, использующий метод модуляции давления для измерения в трех каналах в полосе поглощения диоксида углерода 15 мкм. Три канала используют одну и ту же частоту, но разное давление углекислого газа в ячейках, соответствующие весовые функции достигают максимума на 29 км для канала 1, 37 км для канала 2 и 45 км для канала 3. [20] [ требуется пояснение ]

Процесс определения тенденций на основе измерений SSU оказался особенно сложным из-за дрейфа спутников, взаимной калибровки между разными спутниками с небольшим перекрытием и утечек газа в ячейках давления диоксида углерода прибора. Более того, поскольку яркость, измеряемая SSU, обусловлена ​​выбросом углекислого газа, весовые функции перемещаются на более высокие высоты по мере увеличения концентрации углекислого газа в стратосфере. Температуры в средней и верхней стратосфере демонстрируют сильную отрицательную тенденцию, перемежающуюся временным вулканическим потеплением после взрывных извержений вулканов Эль-Чичон и Пинатубо.с 1995 г. наблюдается незначительный температурный тренд. Наибольшее похолодание произошло в тропической стратосфере, что соответствует усилению циркуляции Брюера-Добсона при увеличении концентрации парниковых газов. [21] [ требуется неосновной источник ]

Нижнее стратосферное похолодание в основном вызвано эффектами истощения озонового слоя с возможным вкладом из-за увеличения стратосферного водяного пара и парниковых газов. [22] [23] Произошло снижение температуры стратосферы, перемежающееся потеплениями, связанными с извержениями вулканов. Теория глобального потепления предполагает, что стратосфера должна остывать, а тропосфера нагревается. [24]

Температурный тренд в кровле стратосферы (TTS) 1979–2006 гг.

Долгосрочное похолодание в нижних слоях стратосферы происходило двумя ступенями понижения температуры: как после временного потепления, связанного с взрывными извержениями вулканов Эль-Чичон и горы Пинатубо , такое поведение глобальной стратосферной температуры было приписано глобальным колебаниям концентрации озона в двух лет после извержения вулканов. [25]

С 1996 г. эта тенденция носит слегка положительный характер [26] из-за восстановления озона в сочетании с тенденцией к похолоданию 0,1 тыс. / Десятилетие, что соответствует прогнозируемому воздействию увеличения выбросов парниковых газов. [25]

В таблице ниже показан тренд стратосферной температуры по измерениям SSU в трех различных диапазонах, где отрицательный тренд указывает на похолодание.

КаналНачинатьДата окончанияЗВЕЗДА v3.0

Глобальный тренд
(тыс. / Десятилетие) [27]

ТМС1978-112017-01-0,583
TUS1978-112017-01-0,649
TTS1979-072017-01-0,728

Микроволновые (тропосферные и стратосферные) измерения [ править ]

Измерения с помощью устройства микроволнового зондирования (МГУ) [ править ]

Основная статья: Измерения температуры устройства микроволнового зондирования
Весовые функции MSU основаны на стандартной атмосфере США .

С 1979 по 2005 год установки микроволнового зондирования (MSU) и с 1998 года усовершенствованные устройства микроволнового зондирования на полярно-орбитальных метеорологических спутниках NOAA измеряли интенсивность восходящего микроволнового излучения атмосферного кислорода . Интенсивность пропорциональна температуре широких вертикальных слоев атмосферы . Яркость апвеллинга измеряется на разных частотах; эти разные частотные диапазоны являются выборкой разного взвешенного диапазона атмосферы. [28]

На рисунке 3 (справа) показаны уровни атмосферы, полученные с помощью реконструкций по разным длинам волн из спутниковых измерений, где TLS, TTS и TTT представляют три разные длины волн.

Другие микроволновые измерения [ править ]

Космический аппарат Aura использует другой метод , микроволновый датчик конечностей , который измеряет микроволновое излучение по горизонтали, а не нацеливается на надир. [8]

Измерения температуры также производятся путем скрытия сигналов GPS. [29] Этот метод измеряет рефракцию радиосигналов от спутников GPS атмосферой Земли, что позволяет измерять вертикальные профили температуры и влажности.

Измерения температуры на других планетах [ править ]

Миссии по изучению планет также производят измерения температуры на других планетах и ​​лунах Солнечной системы, используя как инфракрасные методы (типичные для орбитальных и пролетных миссий планет с твердой поверхностью), так и микроволновые методы (чаще используемые для планет с атмосферой). Инфракрасные приборы для измерения температуры, используемые в планетарных миссиях, включают измерения температуры поверхности, сделанные прибором Thermal Emission Spectrometer (TES) на Mars Global Surveyor и прибором Diviner на Lunar Reconnaissance Orbiter ; [30], а также измерения температуры атмосферы, выполненные композитным инфракрасным спектрометром на космическом корабле НАСА Кассини .[31]

К приборам для микроволнового измерения температуры атмосферы относится микроволновый радиометр в миссии Juno к Юпитеру.

См. Также [ править ]

  • Атмосферное зондирование
  • Инструментальная запись температуры
  • Температура поверхности моря
  • Температурный рекорд

Ссылки [ править ]

  1. ^ Национальный исследовательский совет (США). Комитет по изучению Земли (2000). «Зондирование атмосферы» . Вопросы интеграции исследовательских и действующих спутниковых систем для исследования климата: Часть I. Наука и дизайн . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы. С. 17–24. DOI : 10.17226 / 9963 . ISBN 978-0-309-51527-6.
  2. ^ Uddstrom, Michael J. (1988). «Получение атмосферных профилей из данных спутниковой яркости с помощью типичной функции формы, максимальной апостериорной одновременной оценки» . Журнал прикладной метеорологии . 27 (5): 515–49. Bibcode : 1988JApMe..27..515U . DOI : 10,1175 / 1520-0450 (1988) 027 <0515: ROAPFS> 2.0.CO; 2 .
  3. ^ Мирс, Карл А .; Венц, Франк Дж. (2016), «Чувствительность полученных со спутников трендов температуры тропосферы к корректировке суточного цикла», Journal of Climate , 29 (10): 3629–3646, Bibcode : 2016JCli ... 29.3629M , doi : 10.1175 /JCLI-D-15-0744.1
  4. ^ {{citation | doi = 10.1175 / 2008JTECHA1176.1 | title = Построение систем дистанционного зондирования V3.2. Записи температуры атмосферы с микроволновых зондов MSU и AMSU | год = 2009 | last1 = Mears | first1 = Carl A. | last2 = Венц | first2 = Фрэнк Дж. | Journal = Журнал атмосферных и океанических технологий | volume = 26 | issue = 6 | pages = 1040–1056 | bibcode = 2009JAtOT..26.1040M}
  5. ^ Новый RSS TLT V4 - сравнения Мойху 4 июля 2017 г.
  6. ^ "Аномалия температуры поверхности земли" . 31 декабря 2019.
  7. ^ "Аномалия температуры поверхности моря" . 31 августа 2011 г.
  8. ^ a b М. Дж. Шварц и др., Подтверждение измерений температуры и геопотенциальной высоты с помощью микроволнового зонда Aura , JGR: Atmospheres, Vol. 113 , № D15, 16 августа 2008 г. https://doi.org/10.1029/2007JD008783 . Дата обращения 9 января 2020.
  9. ^ Кришна Рао, P .; Смит, WL; Коффлер, Р. (1972). «Глобальное распределение температуры поверхности моря, определенное со спутника для изучения окружающей среды» . Ежемесячный обзор погоды . 100 (1): 10–4. Bibcode : 1972MWRv..100 ... 10K . DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1972) 100 <0010: GSTDDF> 2.3.CO; 2 .
  10. ^ Национальный исследовательский совет (США). Управляющий комитет НИИ 2000 (1997). Непредсказуемая определенность: информационная инфраструктура до 2000 г .; официальные документы . Национальные академии. п. 2.
  11. ↑ Синтия Розенцвейг; Даниэль Гиллель (2008). Изменчивость климата и глобальный урожай: влияние Эль-Ниньо и других колебаний на агроэкосистемы . Издательство Оксфордского университета США. п. 31. ISBN 978-0-19-513763-7.
  12. ^ Jin, Menglin (2004). «Анализ температуры кожи земли с использованием наблюдений AVHRR» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 85 (4): 587–600. Bibcode : 2004BAMS ... 85..587J . DOI : 10.1175 / BAMS-85-4-587 .
  13. ^ Вэн, Qihao (май 2003). "Фрактальный анализ обнаруженного спутниками эффекта городского острова тепла" (PDF) . Фотограмметрическая инженерия и дистанционное зондирование . 69 (5): 555–66. DOI : 10,14358 / PERS.69.5.555 . Проверено 14 января 2011 года .
  14. ↑ Дэвид М. Рот (14 декабря 2006 г.). «Единое руководство по анализу поверхности» (PDF) . Центр гидрометеорологического прогнозирования . п. 19 . Проверено 14 января 2011 года .
  15. ^ Chris Landsea (8 июня 2010). «Тема: H1) Что такое техника Дворжака и как она используется?» . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Проверено 14 января 2011 года .
  16. ^ «В 2007 году в Греции произошло больше пожаров, чем в последнее десятилетие, обнаружены спутники» (пресс-релиз). Европейское космическое агентство . 29 августа 2007 . Проверено 26 апреля 2015 года .
  17. ^ Райт, Роберт; Флинн, Люк; Гарбейл, Гарольд; Харрис, Эндрю; Пилгер, Эрик (2002). «Автоматизированное обнаружение извержения вулкана с использованием MODIS» (PDF) . Дистанционное зондирование окружающей среды . 82 (1): 135–55. Bibcode : 2002RSEnv..82..135W . CiteSeerX 10.1.1.524.19 . DOI : 10.1016 / S0034-4257 (02) 00030-5 .  
  18. ↑ Харви, Челси (18 апреля 2019 г.). «Это совпадение: спутниковые и наземные измерения подтверждают потепление» , Scientific American . Проверено 8 января 2019.
  19. ^ Лилонг ​​Чжао и др. (2016). « Использование спутниковых наблюдений SSU / MSU для подтверждения тенденций температуры в верхних слоях атмосферы при моделировании CMIP5 », Remote Sens. 8 (1), 13; https://doi.org/10.3390/rs8010013 . Дата обращения 12 января 2019.
  20. ^ http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/podug/html/c4/sec4-2.htm [ требуется полная ссылка ] [ постоянная мертвая ссылка ]
  21. ^ Ван, Ликун; Цзоу, Чэн-Чжи; Цянь, Хайфэн (2012). "Построение записей данных стратосферной температуры с помощью устройств стратосферного зондирования" . Журнал климата . 25 (8): 2931–46. Bibcode : 2012JCli ... 25.2931W . DOI : 10,1175 / JCLI D-11-00350.1 .
  22. ^ Шайн, КП ; Bourqui, MS; Forster, PM de F .; Заяц, ОНА; Langematz, U .; Braesicke, P .; Grewe, V .; Понатер, М .; Schnadt, C .; Смит, Калифорния; Haigh, JD; Austin, J .; Butchart, N .; Shindell, DT; Randel, WJ; Nagashima, T .; Портманн, RW; Соломон, S .; Зайдель, диджей; Lanzante, J .; Klein, S .; Ramaswamy, V .; Шварцкопф, доктор медицины (2003). «Сравнение смоделированных трендов стратосферных температур» . Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 129 (590): 1565–55. Bibcode : 2003QJRMS.129.1565S . DOI : 10.1256 / qj.02.186 .
  23. ^ "Программа ООН по окружающей среде" . grida.no . Проверено 9 апреля 2018 .
  24. ^ Клаф, SA; MJ Iacono (1995). «Построчный расчет атмосферных потоков и скоростей охлаждения 2. Применение к диоксиду углерода, озону, метану, закиси азота и галоидоуглеродам» . Журнал геофизических исследований . 100 (D8): 16519–16535. Bibcode : 1995JGR ... 10016519C . DOI : 10.1029 / 95JD01386 .
  25. ^ а б Томпсон, Дэвид В.Дж.; Соломон, Сьюзен (2009). «Понимание недавних изменений стратосферного климата» (PDF) . Журнал климата . 22 (8): 1934. Bibcode : 2009JCli ... 22.1934T . CiteSeerX 10.1.1.624.8499 . DOI : 10.1175 / 2008JCLI2482.1 .  
  26. ^ Лю, Цюаньхуа; Фучжун Вэн (2009). «Последние данные о температуре стратосферы по спутниковым измерениям» . СОЛА . 5 : 53–56. Bibcode : 2009SOLA .... 5 ... 53L . DOI : 10.2151 / sola.2009-014 . Проверено 15 февраля 2010 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
  27. ^ Национальный экологический спутник, данные и информационная служба (декабрь 2010 г.). "Калибровка и тенденции микроволнового зондирования" . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 13 февраля 2012 года .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  28. ^ Системы дистанционного зондирования архивации 3 апреля 2013 в Wayback Machine
  29. ^ Системы дистанционного зондирования, верхняя температура воздуха . Проверено 12 января 2020 года.
  30. ↑ Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Луна: температура поверхности , получено 9 января 2020 г.
  31. ^ НАСА / Лаборатория реактивного движения / GSFC / Univ. Оксфорд (19 мая 2011 г.). Измерение температуры шторма на Сатурне , данные получены 10 января 2020 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • График сравнения данных поверхности, аэростата и спутников (архив 2007 г.)
  • Тенденции изменения температуры в нижних слоях атмосферы: шаги для понимания и согласования различий Синтез и оценка CCSP Продукт 1.1
  • Что микроволны говорят нам об атмосфере
  • Глобально осредненные атмосферные температуры