Śledzenie przepływu wód słodkich Arktyki z kosmosu
Rzeki arktyczne i odpływy z terenów lądowych dostarczają do Oceanu Arktycznego znaczne ilości słodkiej wody, co wpływa na zasolenie mórz, kształtowanie lodu morskiego i globalną cyrkulację oceanu, a w konsekwencji na bilans cieplny Ziemi.
W miarę ograniczania sieci stacji na północy naukowcy zwrócili się ku danym satelitarnym, by odtworzyć dwie dekady odpływu rzecznego i odpływu powierzchniowego, co ukazuje złożony mozaikowy obraz regionalnych zmian, gdy rosnące temperatury i zmieniające się wzorce opadów przekształcają arktyczny system hydrologiczny w sposób nierównomierny i nieprzewidywalny.
Rzeki arktyczne przecinają odległe tundry i borealne lasy, zamarzają całkiem zimą i na wiosnę gwałtownie napływają wraz z topnieniem śniegu, ostatecznie uchodząc do oceanu. Odpływ - woda, która nie wsiąka w glebę, lecz płynie po powierzchni - dodatkowo zwiększa objętość słodkiej wody wpływającej do morza.
Łącznie te arktyczne źródła wód przyczyniają się do utrzymywania dopływu świeżej wody do oceanu, wpływając na procesy klimatyczne sięgające poza region polarny. Poza skutkami zmian klimatu, zrozumienie tych przepływów ma także znaczenie dla prognozowania dostępności świeżej wody dla ludzi i dla dzikiej przyrody.
Jednak topnienie śniegu, rozmrażanie wiecznej zmarzliny i zmieniające się wzorce opadów przekształcają te rozległe sieci wód słodkich w źródła zasilające Ocean Arktyczny. Ponieważ Arktyka ociepla się znacznie szybciej niż średnia globalna, pilność zrozumienia tych systemów rośnie.
Przez dekady odpływ rzeczny był monitorowany za pomocą stacji pomiarowych ustawionych wzdłuż brzegów rzek. Utrzymanie urządzeń w rozległych, odległych arktycznych krajobrazach jest kosztowne i logistycznie trudne, dlatego wiele stacji zostało wyłączonych.
W rezultacie naukowcy coraz trudniej śledzić, jak arktyczna hydrologia reaguje na szybkie zmiany klimatu. Satelity krążące nad Ziemią stanowią alternatywę.
W ramach projektu STREAM-NEXT ESA z dziedziny Earth Observation Science for Society, naukowcy opracowali nowy sposób oceny przepływu rzek i odpływu wód na obszarze Arktyki z kosmosu.
Niedawno opublikowany artykuł w czasopiśmie Remote Sensing of Environment opisuje, w jaki sposób naukowcy wykorzystali obserwacje satelitarne do oszacowania odpływu rzecznego i odpływu powierzchniowego na całym obszarze Arktyki w latach 2003-2022.
Zespół badawczy kierowany przez Instytut Ochrony Geo-Hydrologicznej Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNR) we Włoszech, we współpracy z Uniwersytetem w Perugii, połączył dane o magazynowaniu wody z misji GRACE i GRACE Follow-On NASA-DLR, dane wilgotności gleby z projektu ESA Climate Change Initiative Soil Moisture, dane pokrywy śniegowej z projektu ESA Climate Change Initiative Snow oraz informacje o opadach z produktu IMERG NASA, aby obliczyć, jak woda porusza się przez arktyczne systemy rzeczne.
To podejście opiera się na modelu hydrologicznym dopasowanym do warunków arktycznych - i co istotne, zamiast polegać na lokalnych instrumentach, model STREAM działa wyłącznie na obserwacjach pochodzących z satelitów.
Model najpierw skalibrowano na podstawie danych z 15 największych arktycznych dorzeczy rzecznych, a następnie rozszerzono na regiony bez pomiarów, umożliwiając stworzenie codziennego, panarktycznego zestawu danych dotyczących odpływu i odpływu rzecznego, opartego wyłącznie na danych satelitarnych.
Powyższa mapa ukazuje miesięczny odpływ w latach 2003-2022 i pokazuje przypisane do nich 15 dorzeczy Arktyki.
Korzystając z tej metody opartej na danych, badacze szacują, że arktyczne rzeki dostarczają rocznie około 4760 km? słodkiej wody do Oceanu Arktycznego, co zgadza się z szacunkami opartymi na pomiarach stacji, potwierdzając skuteczność nowego podejścia.
Około 80% tej słodkiej wody pochodzi z dorzeczy euroazjatyckich, podkreślając dominujący wpływ syberyjskich zlewni na warunki Oceanu Arktycznego.
Jednym z kluczowych wniosków badania jest to, że zmiany hydrologiczne w Arktyce nie przebiegają jednostajnie. Między 2003 a 2022 roczne trendy odpływu różniły się znacznie w zależności od regionu. W niektórych obszarach odnotowano wzrost, w innych spadek.
Ogólnie rzecz biorąc, wyniki sugerują, że arktyczny system wodny nie staje się po prostu wilgotniejszy, ani suchy; mamy do czynienia z reorganizacją tamtego cyklu w sposób nierównomierny i regionalnie zróżnicowany.
Ta złożoność przestrzenna odzwierciedla współdziałanie czynników takich jak rosnące temperatury powietrza, zmieniające się wzorce opadów, zmiany w pokrywie śnieżnej i lodowcach oraz rozwijające się warunki wiecznej zmarzliny.
Takie różnorodne odpowiedzi zgodne są z innymi badaniami, które pokazują, że arktyczne systemy rzeczne reagują różnie w zależności od regionu i charakterystyki krajobrazu. Innymi słowy, Arktyka nie staje się po prostu wilgotniejsza ani sucha - jej cykl wodny ulega reorganizacji.
Ponadto te nowe badania podkreślają szerszą transformację w obserwacji Ziemi. Satelity coraz częściej stanowią podstawowy element monitoringu środowiska, a nie jedynie narzędzia pomocnicze.
W szczególności nadchodząca misja Next Generation Gravity Mission (NGGM) ESA zapewni częste, wysokoprecyzyjne pomiary grawitacyjne, dostarczając bezprecedensowy wgląd w rozmieszczenie mas i transport w systemie Ziemi, w tym ruch wody. Poprzez wielokrotne mapowanie pola grawitacyjnego Ziemi w czasie, naukowcy mogą zidentyfikować, gdzie woda i lód są magazynowane i, co kluczowe, jak te zasoby zmieniają się.
Chociaż użycie grawitacji do pomiaru magazynowania wody - w rzekach, jeziorach, wodach gruntowych i lodzie - może wydawać się intuicyjnie sprzeczne, niewielkie czasowe wahania pola grawitacyjnego Ziemi odzwierciedlają zmiany masy spowodowane zmieniającymi się objętościami wody i lodu.
NGGM będzie stanowić jedną parę satelitów w ramach wspólnej konstelacji ESA-NASA MAGIC, obok drugiej pary z misji GRACE-C NASA-DLR.
Zdalna obserwacja już stanowi podstawę globalnych pomiarów utraty lodu, zmian w roślinności i wzrostu poziomu mórz. W regionach polarnych, gdzie pomiary terenowe są trudne i kosztowne, hydrologia oparta na satelitach jest jedynym praktycznym sposobem utrzymania ciągłych obserwacji przez dekady.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
