Эта так называемая спутниковая гравиметрия с временным разрешением позволяет, среди прочего, отслеживать наземный водный цикл, баланс массы ледниковых щитов и ледников или изменение уровня моря, и, таким образом, лучше понимать механизмы глобальной климатической системы. для более точной оценки важных климатических тенденций и прогнозирования возможных последствий.
Обзор в журнале Nature Climate Change, в котором Франк Флехтнер, Кристоф Рейгбер, Кристоф Дале и Хенрик Добслав из Потсдамского научно-исследовательского центра Гельмгольца, Немецкий исследовательский центр геофизических исследований GFZ, и Инго Сасген из Института Альфреда Вегенера, Центр полярных и морских исследований Гельмгольца ( AWI), теперь представляет основные моменты в области климатических исследований на основе наблюдений GRACE.
Ледяные щиты и ледники
GRACE произвела первое в истории прямое измерение потери массы льда из ледяных щитов и ледников.
Раньше можно было оценить массы и их изменения только косвенными методами. В течение первых двух лет миссии уже можно было наблюдать четкие сигналы потери массы льда в Гренландии и Антарктиде. Данные измерений показали, что 60 процентов общей потери массы связано с увеличением производства таяния в ответ на тенденции потепления в Арктике, а 40 процентов – из-за увеличения потока льда в океан.
По данным GRACE, с апреля 2002 года по июнь 2017 года Гренландия теряла около 260 миллиардов тонн льда в год, Антарктида – около 140 миллиардов тонн. Помимо долгосрочных тенденций, данные гравитационного поля также свидетельствуют о прямом воздействии глобальных климатических явлений, таких как Эль-Ниньо, на ледяные щиты и ледники во всем мире.
Хранение наземной воды
Одним из наиболее значительных вкладов миссии GRACE стало открытие меняющегося пресноводного ландшафта Земли, который имеет глубокие последствия для воды, продовольствия и безопасности человека. Глобальные оценки тенденций GRACE предполагают увеличение запасов воды в высоких и низких широтах с уменьшением запасов в средних широтах. Хотя данные GRACE относительно коротки, это наблюдение крупномасштабных изменений в глобальном гидрологическом цикле стало важным ранним подтверждением изменений, предсказываемых климатическими моделями в XXI веке.
Данные GRACE также помогают более точно анализировать и оценивать уровень моря, поскольку запасы пресной воды на суше связаны с уровнем моря различными механизмами.
Анализ данных GRACE позволил впервые оценить изменения запасов подземных вод из космоса. Они подтверждают чрезмерные темпы истощения грунтовых вод из отдельных водоносных горизонтов по всему миру. Данные о хранении воды на суше также способствовали валидации и калибровке различных климатических моделей.
Изменение уровня моря и динамика океана
В течение этого столетия повышение уровня моря может ускориться до 10 миллиметров в год – скорость, беспрецедентная за последние 5000 лет, и является серьезным и прямым следствием потепления климата. Высокоточные измерения уровня моря доступны с начала 1990-х годов, но они показывают только абсолютное изменение уровня моря.
За 25 лет с 1993 по 2017 год уровень моря поднялся в среднем на 3.1 миллиметр в год. Чтобы выяснить, как тепловое расширение, таяние льда и приток воды с континента влияют на уровень моря, необходимо изучить распределение массы воды. GRACE показала, что 2.5 миллиметров среднегодового повышения уровня моря на 3.8 миллиметров в период с 2005 по 2017 годы вызвано притоком воды или другой массы и 1.1 миллиметр за счет теплового расширения воды.
Разрешение этой композиции важно для прогнозов уровня моря. Данные GRACE ограничивают изменение массы океана и, таким образом, косвенно влияют на энергетический дисбаланс Земли, который является фундаментальным глобальным показателем изменения климата. GRACE показала, что большая часть потепления, вызванного повышением температуры, происходит в верхних 2000 метрах океанов, которые являются наиболее важными поглотителями энергии изменения климата. GRACE также способствует лучшему пониманию динамики и воздействия океанских течений, в частности, для Северного Ледовитого океана.
Приложения климатического обслуживания
Данные гравитационного поля со спутников GRACE помогают улучшить Монитор засухи в США. Это помогает властям США своевременно и разумно реагировать на засуху.
С помощью EGSIEM (Европейская гравитационная служба для улучшенного управления чрезвычайными ситуациями) Европейский Союз продвигает услугу, предназначенную для скорейшего выявления региональных рисков наводнений. В период с апреля по июнь 2017 года были проведены тестовые прогоны с историческими данными о наводнениях, которые показали, что индикаторы влажности для бассейнов крупных рек, определенные GRACE, могут улучшить прогнозы, например, для Миссисипи или Дуная. Текущие результаты также показывают, что данные GRACE можно использовать для более точного прогнозирования риска сезонных лесных пожаров.
GFZ выполнял миссию GRACE вместе с Немецким аэрокосмическим центром (DLR), а на американской стороне – с Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL). В мае 2018 года была запущена повторная миссия GRACE Follow-on (GRACE-FO). Первые ежемесячные карты гравитационного поля должны быть доступны международным пользователям к концу июля этого года.
Неожиданные трудности задержали отправку продуктов. «Причина – отказ блока управления на втором спутнике GRACE-FO», – объясняет Франк Флехтнер из GFZ. "Это привело к необходимости перейти на заменяющий блок, установленный для таких сценариев. Но теперь, с помощью GRACE-FO, более чем двадцатилетняя регистрация массовых изменений в системе Земля стала возможной."(ph)
Справочная информация: Вес воды
Чем больше масса объекта, тем больше его гравитационное притяжение.
Например, Альпы обладают более высоким гравитационным притяжением, чем низменности Северной Германии. Когда спутники вращаются вокруг Земли и пролетают над массивной областью, они минимально ускоряются при приближении к ней и замедляются при удалении.
Крошечная часть гравитации, исходящей от Земли, основана на воде на поверхности или вблизи поверхности в океанах, реках, озерах, ледниках и под землей. Эта вода реагирует на времена года, штормы, засухи и другие погодные явления. Грейс воспользовалась массовым вытеснением воды, записав его влияние на дуэт спутников, которые вращались вокруг нашей планеты 220 километров подряд. Микроволны использовались для измерения расстояния до них.
Это расстояние со временем изменилось из-за сдвига массы на Земле. На основе данных исследователи затем рассчитали ежемесячные карты региональных изменений гравитационного притяжения Земли и причинных изменений масс на поверхности.