Спостереження за Землею: Моніторинг зміни клімату з космосу

Наша планета зазнає безпрецедентних екологічних змін. Від підвищення рівня моря до частіших екстремальних погодних явищ, наслідки зміни клімату стають все більш очевидними по всьому світу. Вирішення цих проблем вимагає комплексних та надійних даних про кліматичну систему Землі. Технології спостереження за Землею (СЗ), зокрема супутники та дистанційне зондування, надають критично важливі інструменти для моніторингу цих змін та розробки ефективних стратегій пом'якшення наслідків та адаптації.

Що таке спостереження за Землею?

Спостереження за Землею охоплює низку методів і технологій, що використовуються для збору інформації про фізичні, хімічні та біологічні системи нашої планети. Ці дані збираються переважно за допомогою дистанційного зондування, що передбачає отримання інформації про об'єкт або територію без фізичного контакту. Для збору даних СЗ використовуються супутники, літаки та наземні датчики.

Ключові технології спостереження за Землею:

• Супутникові знімки: Зображення, зроблені супутниками, забезпечують широкий і послідовний огляд поверхні Землі, атмосфери та океанів.
• Дистанційне зондування: Це включає різноманітні методи, такі як оптичне, теплове та радіолокаційне зондування, які вимірюють різні властивості навколишнього середовища Землі.
• Вимірювання на місцях (in-situ): Наземні прилади, буї та метеостанції надають цінні додаткові дані для калібрування та валідації супутникових спостережень.

Роль спостереження за Землею в моніторингу клімату

Спостереження за Землею відіграє життєво важливу роль у моніторингу різних аспектів кліматичної системи Землі. Дані, зібрані супутниками та іншими платформами СЗ, є важливими для розуміння складних взаємодій між атмосферою, океанами, сушею та льодом, а також для відстеження змін з часом.

Моніторинг глобальної температури

Супутники, оснащені радіометрами, можуть вимірювати температуру поверхні Землі та профілі температури атмосфери. Ці вимірювання забезпечують глобальний та послідовний запис температурних змін, що є вирішальним для відстеження тенденцій глобального потепління. Наприклад, супутники NASA Aqua та Terra, оснащені спектрорадіометром з помірною роздільною здатністю (MODIS), безперервно контролюють глобальні температури поверхні суші, сприяючи створенню довгострокових кліматичних записів.

Приклад: Служба з питань зміни клімату Copernicus (C3S) використовує супутникові дані для моніторингу глобальних температур та надання регулярних оновлень щодо кліматичних тенденцій. Їхні дані показують послідовні тенденції потепління за останні десятиліття зі значними регіональними варіаціями.

Відстеження підйому рівня моря

Місії супутникової альтиметрії, такі як Jason-3 та Sentinel-3, вимірюють висоту поверхні моря з високою точністю. Ці вимірювання використовуються для відстеження підйому рівня моря, що є критичним показником зміни клімату. Підйом рівня моря спричинений тепловим розширенням океанської води та таненням льодовиків і льодових щитів. Моніторинг підйому рівня моря є важливим для оцінки вразливості прибережних громад та екосистем.

Приклад: Глобальна система спостереження за рівнем моря (GLOSS) інтегрує дані супутникової альтиметрії з вимірюваннями мареографів для надання комплексної оцінки змін рівня моря в усьому світі. Ця інформація використовується для планування управління прибережними зонами та адаптації у вразливих регіонах, таких як Мальдіви та Бангладеш.

Моніторинг льодового покриву

Супутники для спостереження за Землею надають цінні дані про площу та товщину морського льоду, льодовиків та льодових щитів. Ці вимірювання є вирішальними для розуміння впливу зміни клімату на кріосферу — замерзлу частину земної системи. Танення льоду сприяє підйому рівня моря, а також може впливати на регіональні кліматичні патерни.

Приклад: Місія CryoSat-2 Європейського космічного агентства (ESA) використовує радіолокаційну альтиметрію для вимірювання товщини морського льоду та льодових щитів з високою точністю. Ці дані використовуються для моніторингу зменшення арктичного морського льоду та танення льодовиків у Гренландії та Антарктиді, надаючи критично важливе уявлення про вплив зміни клімату на кріосферу. У Гімалаях супутникові дані допомагають відстежувати відступ льодовиків та його вплив на водні ресурси нижче за течією, що зачіпає мільйони людей.

Моніторинг парникових газів

Супутники, оснащені спектрометрами, можуть вимірювати концентрацію парникових газів в атмосфері, таких як вуглекислий газ (CO2) та метан (CH4). Ці вимірювання є важливими для відстеження викидів парникових газів та оцінки ефективності заходів щодо їх пом'якшення. Дані з супутників також можуть використовуватися для виявлення джерел викидів парникових газів, таких як електростанції, вирубка лісів та сільськогосподарська діяльність.

Приклад: Місія Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), що керується NASA, вимірює концентрацію CO2 в атмосфері з високою точністю. Дані з OCO-2 використовуються для розуміння джерел та поглиначів CO2, а також для відстеження змін у глобальному вуглецевому циклі. Місія ESA Sentinel-5P моніторить різноманітні атмосферні забруднювачі, включаючи метан, потужний парниковий газ.

Оцінка знеліснення та змін у землекористуванні

Супутникові знімки використовуються для моніторингу знеліснення та змін у землекористуванні, які є основними рушіями зміни клімату. Вирубка лісів вивільняє велику кількість CO2 в атмосферу, тоді як зміни у землекористуванні можуть впливати на альбедо (відбивну здатність) Землі та температуру поверхні. Моніторинг знеліснення та змін у землекористуванні є важливим для впровадження практик сталого управління земельними ресурсами та скорочення викидів парникових газів.

Приклад: Платформа Global Forest Watch використовує супутникові дані для моніторингу знеліснення майже в реальному часі. Ця інформація використовується урядами, неурядовими організаціями та бізнесом для відстеження тенденцій знеліснення та реалізації природоохоронних заходів. У тропічних лісах Амазонії супутникові дані допомагають моніторити незаконну вирубку лісу та діяльність зі знеліснення.

Моніторинг закислення океану

Хоча пряме спостереження за закисленням океану з космосу є складним, супутникові дані про температуру поверхні моря, концентрацію хлорофілу та інші властивості океану можуть бути використані для висновків про зміни в хімії океану. Закислення океану, спричинене поглинанням CO2 з атмосфери, становить загрозу для морських екосистем. Моніторинг закислення океану є важливим для розуміння впливу зміни клімату на морське життя.

Приклад: Служба моніторингу морського середовища Copernicus (CMEMS) використовує супутникові дані та моделі океану для моніторингу закислення океану та його впливу на морські екосистеми. Ця інформація використовується для інформування управління рибальством та природоохоронних заходів.

Переваги спостереження за Землею для моніторингу клімату

Спостереження за Землею пропонує кілька ключових переваг для моніторингу клімату:

• Глобальне покриття: Супутники забезпечують глобальний та послідовний огляд кліматичної системи Землі, охоплюючи віддалені та важкодоступні регіони.
• Безперервний моніторинг: Супутники для спостереження за Землею безперервно моніторять навколишнє середовище, забезпечуючи довгостроковий запис кліматичних змін.
• Висока роздільна здатність: Сучасні датчики СЗ можуть надавати дані з високою роздільною здатністю, що дозволяє проводити детальний аналіз кліматичних процесів.
• Доступність даних: Багато наборів даних спостереження за Землею є у вільному доступі для громадськості, що сприяє прозорості та співпраці в кліматичних дослідженнях.
• Економічна ефективність: Спостереження за Землею може бути економічно ефективним способом моніторингу великих територій та відстеження змін з часом порівняно лише з наземним моніторингом.

Виклики та обмеження

Незважаючи на численні переваги, спостереження за Землею також стикається з кількома викликами та обмеженнями:

• Калібрування та валідація даних: Забезпечення точності та надійності даних СЗ вимагає ретельного калібрування та валідації за допомогою наземних вимірювань.
• Хмарний покрив: Хмарний покрив може перешкоджати супутниковим спостереженням, особливо в оптичному та тепловому діапазонах.
• Обробка та аналіз даних: Обробка та аналіз великих обсягів даних СЗ вимагає складних алгоритмів та обчислювальних ресурсів.
• Прогалини в даних: У записах СЗ можуть бути прогалини через збої супутників або обмеження даних.
• Інтерпретація даних: Інтерпретація даних СЗ вимагає експертних знань у галузі дистанційного зондування та кліматології.

Майбутні напрямки спостереження за Землею для моніторингу клімату

Майбутнє спостереження за Землею для моніторингу клімату виглядає багатообіцяючим, з кількома захоплюючими розробками на горизонті:

• Нові супутникові місії: Нові супутникові місії з передовими датчиками нададуть більш детальні та комплексні дані про кліматичну систему Землі.
• Покращена обробка даних: Досягнення в методах обробки даних, таких як штучний інтелект та машинне навчання, дозволять проводити більш ефективний та точний аналіз даних СЗ.
• Збільшена інтеграція даних: Інтеграція даних СЗ з іншими наборами кліматичних даних, такими як кліматичні моделі та наземні спостереження, забезпечить більш цілісне уявлення про кліматичну систему Землі.
• Покращена доступність даних: Зусилля з покращення доступності та зручності використання даних сприятимуть ширшому впровадженню даних СЗ у кліматичні дослідження та розробку політики.
• Зосередження на регіональному та локальному рівнях: Збільшення уваги до деталізації глобальних кліматичних даних до регіональних та локальних масштабів надасть більш релевантну інформацію для планування адаптації.

Приклади міжнародної співпраці

Ефективний моніторинг клімату вимагає міжнародної співпраці та взаємодії. Декілька міжнародних ініціатив працюють над координацією діяльності зі спостереження за Землею та обміном даними та досвідом:

• Група зі спостережень за Землею (GEO): GEO — це міжурядова організація, яка координує зусилля зі спостереження за Землею в усьому світі.
• Комітет із супутників спостереження Землі (CEOS): CEOS — це міжнародна організація, яка координує космічні місії спостереження за Землею.
• Всесвітня метеорологічна організація (ВМО): ВМО координує глобальну діяльність з моніторингу погоди та клімату.
• Міжурядова група експертів з питань зміни клімату (IPCC): IPCC оцінює наукову основу зміни клімату та надає урядам інформацію, релевантну для політики.

Ці організації сприяють обміну даними, знаннями та найкращими практиками, забезпечуючи більш скоординований та ефективний підхід до моніторингу клімату.

Практичні кроки

Ось кілька практичних кроків, які можуть зробити окремі особи та організації для підтримки спостереження за Землею з метою моніторингу клімату:

• Підтримуйте державне фінансування програм спостереження за Землею.
• Сприяйте відкритому доступу до даних спостереження за Землею.
• Беріть участь у громадських наукових проектах, що використовують дані спостереження за Землею.
• Використовуйте дані спостереження за Землею для прийняття рішень у вашій організації.
• Навчайте себе та інших про важливість спостереження за Землею для моніторингу клімату.

Висновок

Спостереження за Землею є незамінним інструментом для моніторингу нашого мінливого клімату. Надаючи комплексні та надійні дані про кліматичну систему Землі, технології СЗ дозволяють нам зрозуміти наслідки зміни клімату, оцінити нашу вразливість та розробити ефективні стратегії пом'якшення та адаптації. Оскільки зміна клімату продовжує становити значну загрозу для нашої планети, роль спостереження за Землею в найближчі роки стане ще більш важливою. Інвестування в інфраструктуру спостереження за Землею, сприяння доступності даних та розвиток міжнародної співпраці є важливими для забезпечення того, щоб ми мали інформацію, необхідну для ефективного вирішення кліматичної кризи.

Від моніторингу танення льоду в Гренландії до відстеження знеліснення в Амазонії, спостереження за Землею надає життєво важливе уявлення про стан нашої планети. Розумно використовуючи цю інформацію, ми можемо разом працювати над створенням більш сталого та стійкого майбутнього для всіх.