Наблюдение за Землёй: Мониторинг нашего меняющегося климата из космоса

Наша планета переживает беспрецедентные экологические изменения. От повышения уровня моря до более частых экстремальных погодных явлений, последствия изменения климата становятся все более очевидными по всему миру. Решение этих проблем требует всесторонних и надежных данных о климатической системе Земли. Технологии наблюдения за Землёй (НЗ), в частности спутники и дистанционное зондирование, предоставляют важнейшие инструменты для мониторинга этих изменений и разработки эффективных стратегий смягчения последствий и адаптации.

Что такое наблюдение за Землёй?

Наблюдение за Землёй охватывает ряд методов и технологий, используемых для сбора информации о физических, химических и биологических системах нашей планеты. Эти данные собираются в основном с помощью дистанционного зондирования, которое заключается в получении информации об объекте или области без физического контакта. Для сбора данных НЗ используются спутники, самолеты и наземные датчики.

Ключевые технологии наблюдения за Землёй:

• Спутниковые снимки: Изображения, полученные со спутников, обеспечивают широкий и последовательный обзор поверхности Земли, атмосферы и океанов.
• Дистанционное зондирование: Включает в себя различные методы, такие как оптическое, тепловое и радиолокационное зондирование, которые измеряют различные свойства окружающей среды Земли.
• Измерения на месте (in-situ): Наземные приборы, буи и метеостанции предоставляют ценные дополнительные данные для калибровки и валидации спутниковых наблюдений.

Роль наблюдения за Землёй в мониторинге климата

Наблюдение за Землёй играет жизненно важную роль в мониторинге различных аспектов климатической системы Земли. Данные, собираемые спутниками и другими платформами НЗ, необходимы для понимания сложных взаимодействий между атмосферой, океанами, сушей и льдом, а также для отслеживания изменений с течением времени.

Мониторинг глобальной температуры

Спутники, оснащенные радиометрами, могут измерять температуру поверхности Земли и профили атмосферных температур. Эти измерения обеспечивают глобальную и последовательную запись изменений температуры, что имеет решающее значение для отслеживания тенденций глобального потепления. Например, спутники NASA Aqua и Terra, оснащенные спектрорадиометром умеренного разрешения (MODIS), непрерывно отслеживают глобальные температуры поверхности суши, внося вклад в долгосрочные климатические архивы.

Пример: Служба по изменению климата Copernicus (C3S) использует спутниковые данные для мониторинга глобальных температур и предоставления регулярных обновлений о климатических тенденциях. Их данные показывают последовательные тенденции потепления за последние десятилетия со значительными региональными различиями.

Отслеживание повышения уровня моря

Миссии спутниковой альтиметрии, такие как Jason-3 и Sentinel-3, измеряют высоту поверхности моря с высокой точностью. Эти измерения используются для отслеживания повышения уровня моря, которое является критическим индикатором изменения климата. Повышение уровня моря вызвано тепловым расширением океанской воды и таянием ледников и ледяных щитов. Мониторинг повышения уровня моря необходим для оценки уязвимости прибрежных сообществ и экосистем.

Пример: Глобальная система наблюдения за уровнем моря (GLOSS) объединяет данные спутниковой альтиметрии с измерениями мареографов для предоставления комплексной оценки изменений уровня моря во всем мире. Эта информация используется для информирования о прибрежном управлении и планировании адаптации в уязвимых регионах, таких как Мальдивы и Бангладеш.

Мониторинг ледового покрова

Спутники для наблюдения за Землёй предоставляют ценные данные о протяженности и толщине морского льда, ледников и ледяных щитов. Эти измерения имеют решающее значение для понимания влияния изменения климата на криосферу — замерзшую часть земной системы. Таяние льдов способствует повышению уровня моря, а также может влиять на региональные климатические модели.

Пример: Миссия Европейского космического агентства (ЕКА) CryoSat-2 использует радиолокационную альтиметрию для измерения толщины морского льда и ледяных щитов с высокой точностью. Эти данные используются для мониторинга сокращения арктического морского льда и таяния ледников в Гренландии и Антарктиде, предоставляя критически важные сведения о влиянии изменения климата на криосферу. В Гималаях спутниковые данные помогают отслеживать отступление ледников и его влияние на водные ресурсы ниже по течению, что затрагивает миллионы людей.

Мониторинг парниковых газов

Спутники, оснащенные спектрометрами, могут измерять концентрацию парниковых газов в атмосфере, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4). Эти измерения необходимы для отслеживания выбросов парниковых газов и оценки эффективности усилий по их смягчению. Данные со спутников также могут использоваться для выявления источников выбросов парниковых газов, таких как электростанции, вырубка лесов и сельскохозяйственная деятельность.

Пример: Миссия Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), управляемая NASA, измеряет концентрацию CO2 в атмосфере с высокой точностью. Данные OCO-2 используются для понимания источников и поглотителей CO2 и отслеживания изменений в глобальном углеродном цикле. Миссия ЕКА Sentinel-5P отслеживает различные атмосферные загрязнители, включая метан — мощный парниковый газ.

Оценка обезлесения и изменений в землепользовании

Спутниковые снимки используются для мониторинга обезлесения и изменений в землепользовании, которые являются основными движущими силами изменения климата. Вырубка лесов высвобождает большое количество CO2 в атмосферу, а изменения в землепользовании могут влиять на альбедо (отражательную способность) Земли и температуру поверхности. Мониторинг обезлесения и изменений в землепользовании необходим для внедрения устойчивых практик управления земельными ресурсами и сокращения выбросов парниковых газов.

Пример: Платформа Global Forest Watch использует спутниковые данные для мониторинга обезлесения практически в реальном времени. Эта информация используется правительствами, НПО и бизнесом для отслеживания тенденций обезлесения и реализации природоохранных усилий. В тропических лесах Амазонки спутниковые данные помогают отслеживать незаконные вырубки и деятельность по обезлесению.

Мониторинг закисления океана

Хотя прямое наблюдение закисления океана из космоса является сложной задачей, спутниковые данные о температуре поверхности моря, концентрации хлорофилла и других свойствах океана могут использоваться для вывода об изменениях в химии океана. Закисление океана, вызванное поглощением CO2 из атмосферы, представляет угрозу для морских экосистем. Мониторинг закисления океана необходим для понимания воздействия изменения климата на морскую жизнь.

Пример: Служба мониторинга морской среды Copernicus (CMEMS) использует спутниковые данные и океанические модели для мониторинга закисления океана и его воздействия на морские экосистемы. Эта информация используется для информирования управления рыболовством и природоохранных усилий.

Преимущества наблюдения за Землёй для мониторинга климата

Наблюдение за Землёй предлагает несколько ключевых преимуществ для мониторинга климата:

• Глобальный охват: Спутники обеспечивают глобальный и последовательный обзор климатической системы Земли, охватывая удаленные и труднодоступные регионы.
• Непрерывный мониторинг: Спутники для наблюдения за Землёй постоянно отслеживают окружающую среду, предоставляя долгосрочную запись климатических изменений.
• Высокое разрешение: Передовые датчики НЗ могут предоставлять данные высокого разрешения, позволяя проводить детальный анализ климатических процессов.
• Доступность данных: Многие наборы данных наблюдения за Землёй находятся в свободном доступе для общественности, что способствует прозрачности и сотрудничеству в климатических исследованиях.
• Экономическая эффективность: Наблюдение за Землёй может быть экономически эффективным способом мониторинга больших территорий и отслеживания изменений с течением времени по сравнению только с наземным мониторингом.

Проблемы и ограничения

Несмотря на множество преимуществ, наблюдение за Землёй также сталкивается с рядом проблем и ограничений:

• Калибровка и валидация данных: Обеспечение точности и надежности данных НЗ требует тщательной калибровки и валидации с использованием наземных измерений.
• Облачный покров: Облачный покров может мешать спутниковым наблюдениям, особенно в оптическом и тепловом диапазонах.
• Обработка и анализ данных: Обработка и анализ больших объемов данных НЗ требуют сложных алгоритмов и вычислительных ресурсов.
• Пробелы в данных: В записях НЗ могут быть пробелы из-за сбоев спутников или ограничений данных.
• Интерпретация данных: Интерпретация данных НЗ требует экспертных знаний в области дистанционного зондирования и климатологии.

Будущие направления в наблюдении за Землёй для мониторинга климата

Будущее наблюдения за Землёй для мониторинга климата выглядит многообещающим, с несколькими захватывающими разработками на горизонте:

• Новые спутниковые миссии: Новые спутниковые миссии с передовыми датчиками предоставят более подробные и полные данные о климатической системе Земли.
• Улучшенная обработка данных: Достижения в методах обработки данных, таких как искусственный интеллект и машинное обучение, позволят проводить более эффективный и точный анализ данных НЗ.
• Увеличение интеграции данных: Интеграция данных НЗ с другими климатическими наборами данных, такими как климатические модели и наземные наблюдения, обеспечит более целостное представление о климатической системе Земли.
• Улучшенная доступность данных: Усилия по улучшению доступности и удобства использования данных будут способствовать более широкому применению данных НЗ в климатических исследованиях и разработке политики.
• Фокус на региональных и локальных масштабах: Усиление внимания к детализации глобальных климатических данных до региональных и локальных масштабов предоставит более релевантную информацию для планирования адаптации.

Примеры международного сотрудничества

Эффективный мониторинг климата требует международного сотрудничества и взаимодействия. Несколько международных инициатив работают над координацией деятельности по наблюдению за Землёй и обмену данными и опытом:

• Группа по наблюдениям за Землёй (GEO): GEO — это межправительственная организация, координирующая усилия по наблюдению за Землёй по всему миру.
• Комитет по спутникам наблюдения Земли (CEOS): CEOS — это международная организация, координирующая космические миссии по наблюдению за Землёй.
• Всемирная метеорологическая организация (ВМО): ВМО координирует глобальные мероприятия по мониторингу погоды и климата.
• Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC): IPCC оценивает научную основу изменения климата и предоставляет правительствам политически значимую информацию.

Эти организации способствуют обмену данными, знаниями и передовым опытом, обеспечивая более скоординированный и эффективный подход к мониторингу климата.

Практические шаги

Вот несколько практических шагов, которые могут предпринять отдельные лица и организации для поддержки наблюдения за Землёй в целях мониторинга климата:

• Поддерживайте государственное финансирование программ наблюдения за Землёй.
• Способствуйте открытому доступу к данным наблюдения за Землёй.
• Участвуйте в проектах гражданской науки, использующих данные наблюдения за Землёй.
• Используйте данные наблюдения за Землёй для принятия решений в вашей организации.
• Просвещайте себя и других о важности наблюдения за Землёй для мониторинга климата.

Заключение

Наблюдение за Землёй является незаменимым инструментом для мониторинга нашего меняющегося климата. Предоставляя всесторонние и надежные данные о климатической системе Земли, технологии НЗ позволяют нам понимать последствия изменения климата, оценивать нашу уязвимость и разрабатывать эффективные стратегии смягчения последствий и адаптации. Поскольку изменение климата продолжает представлять серьезную угрозу для нашей планеты, роль наблюдения за Землёй в ближайшие годы будет только возрастать. Инвестирование в инфраструктуру наблюдения за Землёй, содействие доступности данных и развитие международного сотрудничества необходимы для обеспечения того, чтобы у нас была информация, необходимая для эффективного решения климатического кризиса.

От мониторинга таяния льдов в Гренландии до отслеживания вырубки лесов в Амазонии, наблюдение за Землёй предоставляет жизненно важные сведения о состоянии нашей планеты. Разумно используя эту информацию, мы можем работать вместе, чтобы создать более устойчивое и жизнеспособное будущее для всех.