вопрос 24/2 икт и изменение климата

ВОПРОС 24/2
ИКТ И ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА
МОНИТОРИНГ ИЗМЕНЕНИЯ
КЛИМАТА И МИКРОВОЛНОВОЕ
СПУТНИКОВОЕ ДИСТАНЦИОННОЕ
ЗОНДИРОВАНИЕ
Спутниковая альтиметрия
Пассивное дистанционное зондирование
Частоты спутников исследования Земли
Мониторинг изменения климата
В наше время в климатологии все
в большей степени
используются космические
технологии. Наблюдение
Земли обеспечивает целый
ряд точных глобальных
измерений, охватывающих весь
диапазон климатических
явлений на планете.
¾ Дистанционное зондирование
представляет собой сбор
физических данных без
соприкосновения или контакта.
¾ Направленность на
¾
использование
ИК2 электромагнитного
МСЭ-D
Жан ПЛА
13 сентября
2011 года
Вопрос
24/2 ИКТ и изменение климата
спектра
и спутников
наблюдения Земли для
СПУТНИКОВАЯ
АЛЬТИМЕТРИЯ
¾
Вода покрывает 71 процент поверхности
планеты: важнейший параметр для понимания факторов,
лежащих в основе моделей изменения климата.
¾ Сочетание моделей океанов и атмосферы ⇒ точные краткои долгосрочные прогнозы.
¾
При соединении моделей океанов и
атмосферы необходимо измерять
мезомасштабную (средней дальности)
динамику океанов ⇒ прогнозирование
погоды более чем на две недели.
¾
Океаны также являются важной частью процессов изменения
климата: поднятие уровня моря во всем мире повсеместно
признается как, возможно, одно из самых разрушительных
последствий глобального потепления.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СПУТНИКОВАЯ АЛЬТИМЕТРИЯ:
ГИДРОЛОГИЯ И СУША
¾
¾
¾
¾
Самые первые альтиметрические миссии были посвящены изучению
открытого океана и некоторых изменений ледяного покрова.
Достоверные данные может обеспечивать каждый водоток (включая
моря, озера, реки, зоны затоплений и т. д.) или даже плоские
поверхности суши.
Альтиметрия: глобальные, однородные, постоянные измерения
(что таким образом позволяет проводить систематический
мониторинг в течение нескольких лет), которые не затруднены
облачностью, ночным временем суток или даже растительностью.
Высота поверхности измеряется по одной шкале измерений.
Методика оптимизирована в основном для океанов (но, несмотря
на это, может применяться специальное повторное отслеживание на
суше): измерения только в надире (т. е. непосредственно под
спутником), с довольно узкой зоной обслуживания – при осреднении
всех значений в этой зоне обслуживания.
Над поверхностью, не относящейся к океанам (влажной или
сухой), точность альтиметрических измерений может
уменьшаться на несколько сантиметров или десятков сантиметров, в
основном из-за неоднородности отражающей поверхности (сочетание
водных поверхностей и поверхностей выше уровня моря).
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СПУТНИКОВАЯ АЛЬТИМЕТРИЯ
СПУТНИКИ JASON 1, 2:
CNES, NASA. NOAA и
EUMETSAT
Измерения:
● Расстояние между
спутником и поверхностью моря
● высота волны
● скорость ветра
Точность:
¾ Колебание по отношению к
поверхности Земли
(скорректировано по см) : 2,3
¾ Высота радиальной орбиты
(см) : 1,0
¾ Высота над уровнем моря
(см) : 2,5
¾ Скорость ветра (м/с) : 1,5
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Спутник GPS
Ионосфера
Станция Laser
Станция Doris
Тропосфера
Альтиметрическое
расстояние
Высота
спутника
Динамика топографии
Геоид
Эталонный
эллипсоид
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Уровень
моря
СПУТНИКОВАЯ АЛЬТИМЕТРИЯ
¾ Спутник Jason-1 был запущен 7 декабря
2001 года.
¾ Спутник Jason-2 был запущен 20 июня
2008 года.
¾ Спутник Jason-3 готовится:
¾
Орбита:
z
z
z
z
Высота 1336 км, круговая, несинхронизированная по
солнцу
Наклонение 66°, глобальное покрытие данными на
широте между 66° с. ш. и 66° ю. ш.
Повторение проекции на поверхности Земли через
каждые 10 дней (с точностью ±1 км)
Покрытие 95% свободной ото льда поверхности океанов
каждые 10 дней
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ТЕХНОЛОГИИ СПУТНИКОВОЙ
АЛЬТИМЕТРИИ:
Оценки ветра и волн, полученные от альтиметра: анализ
отражения от поверхности моря: пиковая рассеиваемая
обратно мощность и формы сигналов.
z
z
z
z
Обратное рассеяние, σо, от поверхности моря: чувствительно к
небольшим неровностям поверхности (глубоководные океанские
волны).
Величина σо является основной переменной, используемой при оценке
скорости ветра.
Величина σо чувствительна к гораздо более крупным волнам, которые
только раз в неделю сопоставляются с местным ветром ⇒ недавние
алгоритмы для скорости ветра включают также произведенную с
помощью альтиметра оценку показательной высоты волны.
Показательная высота волны (SWH) может оцениваться с
использованием отраженного импульса поверхностных волн, поскольку
сигнал радара может отражаться как от впадин волны, так и от вершин
волны. Высота поверхности моря как правило оценивается от
центральной точки переднего фронта сигнала.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ПОДЪЕМ СРЕДНЕГО УРОВНЯ
МОРЯ
¾
¾
¾
¾
¾
Подъем глобального среднего уровня моря (GMSL) является одним из
последствий глобального потепления. Мониторинг этого уровня
представляет собой одно из применений альтиметрии и один из основных
вопросов науки об окружающей среде в XXI веке.
Довольно сложно провести различие между естественной изменчивостью
климата и воздействием потепления. Измерения средних уровней моря
производят в течение 19 лет спутникового наблюдения Земли: такой
период времени является недостаточным. Помимо этого необходимо
отметить, что к естественной изменчивости климата добавляются
антропогенные возмущающие факторы.
Сигналы, свидетельствующие об изменении климата, можно обнаружить,
только если они превышают фоновую естественную изменчивость. Обнаружить
глобальные изменения климата гораздо сложнее, чем осуществлять
мониторинг регионального воздействия.
Необходимость того, чтобы среда была стабильной, а временные ряды
стабильными и точными.
точными
Подъем уровня моря в основном является последствием прошлых
климатических явлений. На приведенном ниже рисунке показано, что подъем
уровня моря составляет примерно 3,2 мм в год, то есть около 5,8 см за
19 лет.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение
климата
ПОДЪЕМ СРЕДНЕГО
УРОВНЯ МОРЯ
Подъем = 3,21 мм/год
Средний уровень моря (см)
Альтиметрический GMSL (TP +J1 +J2)
1991 г.
1994 г.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
1996 г.
1998 г.
2000 г.
2002 г.
2004 г.
2006 г.
2008 г.
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
2010 г.
2012 г.
КАРТА ТЕНДЕНЦИЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ
УРОВНЯ МОРЯ С 1992 ГОДА:
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ
Региональные тенденции в изменении среднего уровня моря в период с октября 1992 года по декабрь 2010 г. (мм/год)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ МОРЯ,
ОПРЕДЕЛЯЕМЫЙ С ПОМОЩЬЮ
ДРУГИХ МЕТОДОВ
Уровень моря (см)
Средний уровень моря, измеряемый с помощью
спутниковой альтиметрии с 1993 года
Увеличение: 3,3 +/–0,4 мм/год
Средний уровень моря (мм)
Прогнозы (полуэмпирические методы)
Дата (год)
Прогнозы МГКИ 2007 года
Средний уровень моря, измененный
с помощью измерителя уровня воды (Church & White, 2006 г. )
1850 г.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
1900 г.
1950 г.
Время (год)
2000 г.
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
2050 г.
2100 г.
СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ МОРЯ
С начала 1990-х годов альтиметрия является основным
способом постоянного, точного и практически глобального
мониторинга среднего уровня моря, к тому же с регулярно
проводимыми измерениями (каждые 10 или 35 дней).
Однако, хотя уже давно существуют другие методы,
появились и новые методы, которые дают возможность
подтверждать результаты альтиметрии и, кроме всего
прочего, лучше понимать причины изменения среднего
уровня моря.
¾ Самые длинные временные ряды уровней моря
обеспечивают приборы, измеряющие уровень воды
("мареографы"). Некоторые из них (но не многие) измеряют
уровень моря уже более ста лет. Тем не менее, они
подтверждают последствия движения континентов, но
распределены в мире весьма неравномерно: обязательно
близко к берегу, а большинство таких приборов, и самые
старые из них, расположены в Европе и Соединенных
Штатах Америки.
¾
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ МОРЯ: ПРИБОРЫ,
ИЗМЕРЯЮЩИЕ УРОВЕНЬ ВОДЫ
("мареографы")
Глобальный средний уровень моря (GMSL ) – 1880–2010 гг.
Данные приборов, измеряющих уровень воды, и изменчивость1
(GMSL) (мм)
Данные спутниковых альтиметров2
Среднегодовые данные
Последние данные: 2009 г. (приборы, измеряющие
уровень воды) и 2010 г. (альтиметры)
Обновление рисунка: 22 марта 2011 г.
Совместно
1870 г. 1880 г. 1890 г. 1990г г. 1910 г. 1920 г. 1930 г. 1940 г. 1950 г. 1960 г.
и
1970 г. 1980 г. 1990 г. 2000 г. 2010 г. 2020 г.
Год
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СРЕДНИЙ УРОВЕНЬ МОРЯ
(MSL): ПОДТВЕРЖДЕНИЕ
Источники ошибок
при расчетах MSL
Ошибка в
подъеме MSL
Определение орбиты
Влажная тропосфера
Корректировки из районов
наблюдения метеорологических данных
Альтиметрические
параметры
Модель ошибок в измерениях
колебаний уровня моря
+/–0,15 мм/год
+/–0,30 мм/год
Общая погрешность
+/–0,6 мм/год
Доверительный интервал = 90%
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
+/–0,10 мм/год
+/–0,10 мм/год
+/–0,25 мм/год
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЙ MSL
¾
¾
¾
¾
Изменение водной массы:
Вода может поступать в океан в результате либо усилившихся дождей над
океаном, либо увеличившегося стока речных вод; кроме того, количество воды
может увеличиваться в результате таяния ледников
Кроме того, масса воды может уменьшаться в результате усиленного
испарения (а также оледенения, как это было в прошлом в ледниковый период,
когда уровень моря был примерно на 100 м ниже нынешнего уровня)
Изменение температуры:
При нагревании вода расширяется, что приводит к повышению уровня моря.
Помимо всего прочего, это приводит к сезонным изменениям уровня моря, а
также к годовым изменениям, связанным с климатическими явлениями
(например, Эль-Ниньо)
Изменение солености:
Чем более соленой является вода, тем она более плотная; таким образом,
уровень соленой воды будет более низким. Изменение солености может
возникать при добавлении пресной воды (усиленный сток речных вод, дожди
или таяние льда), что уменьшает соленость, или же при усиленном испарении
либо оледенении, что увеличивает соленость.
изменения в циркуляции океана:
Изменения в уровне моря могут быть вызваны изменениями в циркуляции
океана.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ЧТО ПРИВОДИТ К
ПОВЫШЕНИЮ УРОВНЯ
ОКЕАНОВ?
Тепловое расширение
Таяние ледников и
ледниковых шапок
Таяние ледникового
покрова Гренландии
Таяние антарктического
ледникового покрова
Всего
1,6 +/– 0,5 мм/год
0,77 +/–0,22 мм/год
0,21 +/–0,07 мм/год
0,21 +/–0,35 мм/год
2,8 +/–0,7 мм/год
Наблюдается 3,2 +/–0,6 мм/год
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Течение Эль-Ниньо
http://www.aviso.oceanobs.com/en/newsstand/altimetry-and-doris-applicationsin-videos/el-nino/index.html
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Новейшая карта ситуации с
явлением Эль-Ниньо в Тихом океане
Август 2011 года
Ежемесячные аномалии среднего уровня моря (MSLA) без учета циклов, указанных за период 1993–2010 годов (см)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Стандартизированные MSLA
Новейшая карта ситуации с явлением
Эль-Ниньо: аномалии уровня моря
Эль-Ниньо
Нейтральный
уровень
Ла-Нинья
Год
Явление Ла-Нинья в этом году может вернуться: температуры в
Тихом океане указывают на повторяющуюся схему
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Мониторинг уровней озер в Восточной
Африке в связи с явлениями Эль-Ниньо
Озеро Танганьика
Озеро Виктория
Озеро Кьога
Мониторинг подъема уровней озер в Восточной Африке в конце 1997 года: последствие
сильных ливней, вызванных условиями явления Эль-Ниньо над Тихим океаном, для
водосборных бассейнов этих озер.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
¾
д
спутникового
активного
дистанционного
Для большинства датчиков спутниковой службы исследования Земли
(активных
) диапазон рабочих частот связан с геофизическими
зондирования
параметрами, которые следует наблюдать. Например, чтобы можно
было производить измерения облаков и осадков, длина волны
должна быть достаточно небольшой, чтобы обеспечивалась
требуемая чувствительность.
чувствительность
¾
Для радарных альтиметров основные
используемые частоты находятся в
диапазонах 5,3 ГГц, 13,65 ГГц и 35,4−36 ГГц.
Важно сохранять защиту этих частот, которые
используются совместно с другими
радиослужбами.
¾
Кроме частот для активного дистанционного зондирования требуются
пассивные частоты в целях точной оценки всех полученных
результатов.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ПАССИВНОЕ СПУТНИКОВОЕ
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
¾
Влажность почвы и соленость океана (SMOS)
SMOS
Задача
: наблюдение за влажностью почвы и соленостью океана –
двумя важнейшими переменными для моделирования погоды и климата.
Соленость
¾
имеет важнейшее значение при определении плотности
океана и, следовательно, термохалинной циркуляции. Измерительное
средство SMOS было введено 2 ноября 2009 года в целях предоставления
данных по яркостной температуре (ТВ) за 3−5 лет. Впервые соленость
измеряется из космоса.
¾
¾
Влажность почвы: Впервые влажность почвы измеряется из космоса.
Микроволновый радиометр на частоте 1,4 ГГц.
ГГц
Требование к точности данных по солености: единицы фактической
солености (psu) (1 psu = 1 г соли в 1 кг морской
воды), измеряемой раз в 10 дней при пространственном разрешении
¾
200 км.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Микроволновые частоты, используемые для
спутников исследования Земли: пассивные
на частоте 1,4 ГГц (21 см): влажность почвы
и соленость океана (SMOS)
Соленость
Скорость ветра
Чувствительность (TB/%SM)
Оголенная почва
Капельножидкие
облака
ИСПАРЕНИЕ
ВОДЫ
Содержание влаги в
растительности (кг/м)
ЧАСТОТА, ГГц
ТЕМПЕРАТУРА
ПОВЕРХНОСТИ
МОРЯ
Длина волны (см)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
СПУТНИК SMOS
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Спутник SMOS: Средняя высота 758 км и наклонение
98,44°; на околоземной, поляризованной, солнечносинхронной, квазикруговой орбите с 23-дневным
периодом обращения
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Результаты SMOS:
ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ
¾
Апрель 2011 года − второй из самых жарких
месяцев во
Апрель 2010 г.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Франции с 1900 года
Апрель 2011 г.
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Результаты SMOS: ВЛАЖНОСТЬ
ПОЧВЫ ДЛЯ СОЕДИНЕННОГО
КОРОЛЕВСТВА
Март 2011 года
Количество осадков
% от среднего значения
за 1971–2000 годы
Апрель 2011 года
Количество осадков
% от среднего значения
за 1971–2000 годы
% от среднего
значения
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
% от среднего
значения
Наводнения (апрель–май 2011 года)
в бассейне Миссисипи:
ВЛАЖНОСТЬ ПОЧВЫ
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Результаты SMOS: СОЛЕНОСТЬ
ПОВЕРХНОСТИ МОРЯ (SSS)
Среднее значение SSS за период с 1 августа [psu ] (AF, возрастание/убывание)
Сильный перепад солености (psu) шлейфа Амазонки, измеренного SMOS в
августе 2010 года
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Область аномалии SSS SMOS (psu) по
отношению к климатологии Атласа мирового
океана 2005 года за период
с 6 по 16 февраля 2011 года
Аномалии SSS [с 6 по 16 февраля 2011 года]
Аномалии SSS
Минимальное значение = 5,9, максимальное значение = 6,1
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
AQUARIUS: МИССИЯ NASA (запуск
10 июня 2011 года) для SSS
Пример данных Aquaris по солености поверхности моря (SSS) за семь дней
Карта представлена NASA, см. http://aquarius.nasa.gov/index.html
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение
климата
1400−1427 МГц: эксклюзивная
пассивная полоса частот:
ЗАПРЕЩЕНЫ ВСЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
¾
¾
¾
Эта полоса частот используется также
радиоастрономией (знаменитое красное
смещение).
Рекомендуемое правило (резолюция ВКР, ноябрь
2007 года) для защиты полосы частот 1400−
1427 МГц от внеполосного излучения от соседних
полос частот ниже 1400 МГц и выше 1427 МГц: в
основном радары (радиолокация), фиксированная
и подвижная службы.
Обязательное регулирование во многих
европейских странах с марта 2011 года.
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
ИНСТРУМЕНТ ПЕРЕХОДА
НА SMOS
Карта вероятности случаев постоянных только устойчивых радиочастотных помех (RFI) (без обнаружения аномалий) за январь (8 января 2010 г. – 1 февраля 2010 г. = >570
полутраекторий), составленная на основе обработки с помощью макетной модели (ВВ) наземного сегмента обработки данных (DPGS) (OPER) SML2 UDP & DAP – ТОЛЬКО
ВОСХОДЯЩИЕ передачи – результаты двойной и полной поляризации
Области, затрагиваемые более 10% времени сильными RFI для восходящих орбит (карта представлена
CESBIO)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Ситуация с радиочастотными
помехами в Европе
Карта вероятности случаев постоянных только устойчивых радиочастотных помех (RFI) (без обнаружения аномалий) за январь (8 января 2010 г. – 1 февраля 2010 г. = >570
полутраекторий), составленная на основе обработки с помощью макетной модели (ВВ) наземного сегмента обработки данных (DPGS) (OPER) SML2 UDP & DAP – ТОЛЬКО
НИСХОДЯЩИЕ передачи – результаты двойной и полной поляризации
Карта Европы, на которой показана вероятность случаев устойчивых RFI
SMOS с начала 2010 года (карта представлена CESBIO)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата
Текущая ситуация с RFI в Европе
для полосы частот 1400−1427 МГц
Вероятность случаев постоянных устойчивых радиочастотных помех (RFI) (без обнаружения аномалий) за период, обозначенный
20101014Т013535_20101214Т011540, рассчитанная на основе последующей обработки с помощью макетной модели (ВВ) наземного сегмента
обработки данных (DPGS) (OPER) SML2 UDP & DAP – ТОЛЬКО НИСХОДЯЩИЕ передачи – результаты двойной и полной поляризации
Карта Европы, на которой показана вероятность случаев устойчивых RFI SMOS за
период с 14 октября по 14 декабря 2010 года (карта представлена CESBIO)
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение
климата
Имеются ли какие-нибудь
вопросы?
ИК2 МСЭ-D
13 сентября 2011 года
Жан ПЛА
Вопрос 24/2 ИКТ и изменение климата