Capitolo 2 : Misurazione della temperatura satellitare
Le deduzioni della temperatura dell'atmosfera a diverse altitudini, così come le temperature del mare e della superficie terrestre, sono derivate dai dati radiometrici registrati dai satelliti. Le misurazioni della temperatura via satellite sono anche chiamate misure della temperatura via satellite. Queste osservazioni hanno il potenziale per essere utilizzate allo scopo di localizzare i fronti meteorologici, monitorare l'oscillazione El Niño-Sud, determinare l'intensità dei cicloni tropicali, utilizzare le isole di calore urbane per la ricerca e monitorare il clima globale. Utilizzando le immagini termiche dei satelliti meteorologici, è anche possibile localizzare punti caldi industriali, vulcani e incendi.
Non esiste una misurazione diretta della temperatura ottenuta dai satelliti meteorologici. Da essi vengono misurate le radianze su un'ampia gamma di bande di lunghezze d'onda. L'intensità della radiazione a microonde in risalita dall'ossigeno atmosferico è stata registrata da unità di sondaggio a microonde (MSU) su satelliti in orbita polare gestiti dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) dal 1978. Questa intensità è correlata alla temperatura di ampi strati verticali dell'atmosfera. Dal 1967 sono state raccolte misurazioni della radiazione infrarossa relativa alla temperatura della superficie del mare.
La troposfera ha visto una tendenza al riscaldamento negli ultimi quattro decenni, mentre la stratosfera ha subito una tendenza al raffreddamento, secondo i set di dati satellitari. Esiste una correlazione tra l'influenza dell'aumento delle quantità di gas serra nell'atmosfera ed entrambi questi sviluppi.
Le radianze sono misurate dai satelliti in un'ampia gamma di bande di lunghezza d'onda; Queste misurazioni devono poi essere invertite matematicamente per derivare inferenze indirette sulla temperatura. Le specifiche delle procedure utilizzate per derivare le temperature dalle radianze sono ciò che determina i profili di temperatura che vengono prodotti di conseguenza. Di conseguenza, molte parti che hanno valutato i dati satellitari hanno di conseguenza sviluppato set di dati di temperatura distinti l'uno dall'altro.
Non è possibile ottenere una serie temporale satellitare omogenea. È costruito da una serie di satelliti che hanno sensori paragonabili tra loro ma non identici. Inoltre, i sensori si deteriorano nel tempo e sono necessarie correzioni per tenere conto della deriva orbitale e del degrado. L'intercalibrazione è resa più impegnativa dal fatto che disparità particolarmente elevate tra le serie di temperature ricostruite si verificano nei pochi casi in cui vi è una limitata sovrapposizione temporale tra i satelliti successivi.
È possibile utilizzare la radiazione infrarossa per misurare non solo la temperatura della superficie (impiegando lunghezze d'onda trasparenti all'atmosfera) ma anche la temperatura dell'atmosfera (impiegando lunghezze d'onda che non sono trasparenti all'atmosfera o misurando la temperatura delle cime delle nuvole nelle finestre a infrarossi).
In generale, le condizioni prive di nuvole sono necessarie per i satelliti che vengono utilizzati per estrarre le temperature superficiali mediante la misurazione dell'infrarosso termico. Sul satellite canadese SCISAT-1 vengono utilizzati diversi strumenti. Questi strumenti includono l'Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), l'Along Track Scanning Radiometers (AASTR), il Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), l'Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) e l'ACE Fourier Transform Spectrometer (ACE-FTS).
Dal 1967, i satelliti meteorologici sono stati in grado di fornire informazioni sulla temperatura della superficie del mare (SST) e i primi compositi globali sono stati prodotti nell'anno 1970. Dal 1982, i satelliti sono stati utilizzati più frequentemente per misurare la temperatura della superficie del mare (SST), il che ha permesso una comprensione più completa delle variazioni regionali e temporali delle variabili. I cambiamenti nella temperatura della superficie del mare (SST) che sono stati monitorati attraverso i satelliti sono stati utilizzati per fornire prove dell'evoluzione di El Niño-Southern Oscillation (ENSO) dagli anni '70.
A causa delle varie disomogeneità che esistono sulla superficie, è più difficile recuperare la temperatura dalle radianze quando si viaggia sulla terraferma. L'effetto isola di calore urbano è stato oggetto di una ricerca che è stata condotta utilizzando la fotografia satellitare. Secondo Weng, Q. e colleghi, la disposizione spaziale delle isole di calore urbane è stata definita attraverso l'applicazione della tecnica frattale. Il rilevamento di discontinuità di densità (fronti meteorologici) a livello del suolo, come i fronti freddi, può essere realizzato utilizzando le moderne immagini satellitari a infrarossi ad altissima risoluzione. Ciò è utile in situazioni in cui la nuvolosità non è presente. Allo scopo di stimare i venti massimi sostenuti e le pressioni centrali minime dei cicloni tropicali maturi, le immagini satellitari a infrarossi possono essere utilizzate per calcolare la differenza di temperatura tra l'occhio e la temperatura superiore della nuvola del cielo denso centrale. Ciò può essere ottenuto utilizzando l'approccio Dvorak.
Di notte, gli incendi boschivi appaiono come pixel con una temperatura superiore a 308 Kelvin (35 gradi Celsius; 95 gradi Fahrenheit). I radiometri a scansione lungo la traccia installati sui satelliti meteorologici sono in grado di identificare queste fiamme. Lo spettroradiometro a risoluzione moderata installato sul satellite Terra ha la capacità di identificare i punti caldi termici correlati a vulcani, incendi e vari punti caldi industriali.
Per determinare la temperatura dell'atmosfera vicino alla superficie, l'Atmospheric Infrared Sounder del satellite Aqua, lanciato nel 2002, utilizza il rilevamento a infrarossi.
Allo scopo di determinare la temperatura della stratosfera, vengono utilizzati i dispositivi Stratospheric Sounding Unit (SSU), che sono radiometri a infrarossi (IR) con tre canali. A causa del fatto che questo metodo analizza l'emissione infrarossa dall'anidride carbonica, l'opacità dell'atmosfera è maggiore e, di conseguenza, la temperatura viene rilevata a un'altitudine più elevata (stratosfera) rispetto a quando vengono utilizzate le misurazioni a microonde.
I dati sulla temperatura della stratosfera al di sopra della stratosfera inferiore sono stati raccolti dalle Stratospheric Sounding Units (SSU) a bordo dei satelliti operativi della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) dal 1979.
Per effettuare misure in tre canali all'interno della banda di assorbimento dell'anidride carbonica di 15 µm, lo SSU è uno spettrometro nel lontano infrarosso che utilizza un approccio di modulazione della pressione. C'è una differenza nella pressione della cella di anidride carbonica tra i tre canali, ma la frequenza è la stessa. Le funzioni di ponderazione correlate raggiungono il loro punto più alto a 29 chilometri per il canale 1, 37 chilometri per il canale 2 e 45 chilometri per il canale 3.
La procedura di determinazione delle tendenze dalle misurazioni delle SSU si è rivelata particolarmente impegnativa a causa della presenza di deriva satellitare, intercalibrazione tra diversi satelliti con una sovrapposizione limitata e perdite di gas nelle celle a pressione di anidride carbonica dello strumento. Inoltre, poiché le radianze registrate dalle SSU sono causate dal rilascio di anidride carbonica, le funzioni di ponderazione si spostano ad altitudini più elevate all'aumentare della concentrazione di anidride carbonica nella stratosfera.
Dopo le potenti eruzioni vulcaniche di El Chichón e del Monte Pinatubo, le temperature nella stratosfera medio-alta mostrano una sostanziale tendenza negativa che viene interrotta da un transitorio riscaldamento vulcanico. Dal 1995, è stata rilevata pochissima tendenza alla temperatura.
La stratosfera tropicale ha avuto il più grande raffreddamento, il che è coerente con una circolazione accelerata di Brewer-Dobson che si è verificata sotto l'influenza di un aumento della concentrazione di gas serra.
Gli impatti della riduzione dell'ozono sono i principali fattori che contribuiscono alla riduzione del raffreddamento stratosferico, con un ulteriore probabile contributo proveniente da un aumento della quantità di vapore acqueo e di gas serra nella stratosfera dell'atmosfera. C'è stata una piccola diminuzione delle temperature della stratosfera, che è stata intervallata da riscaldamenti associati alle eruzioni vulcaniche. Nella nozione di riscaldamento globale si ipotizza che la stratosfera dovrebbe raffreddarsi mentre la troposfera dovrebbe riscaldarsi.
Questo comportamento della temperatura stratosferica globale è stato attribuito alla variazione della concentrazione globale di ozono nei due anni successivi alle eruzioni vulcaniche. Il raffreddamento a lungo termine nella stratosfera inferiore si è verificato in due fasi discendenti della temperatura, entrambe avvenute dopo il riscaldamento transitorio che è stato correlato alle eruzioni vulcaniche esplosive di El Chichón e del Monte Pinatubo.
Sebbene dal 1996 si sia registrata una tendenza al raffreddamento di 0,1K/decennio, la tendenza è stata leggermente positiva a causa del recupero dello strato di ozono. Questo modello è coerente con l'impatto che si prevede sarà causato dall'aumento dei gas serra.
La tabella seguente presenta l'andamento della temperatura stratosferica come determinato dalle letture SSU in ciascuna delle tre bande separate. Una tendenza negativa indica che la temperatura sta...
