מערכות לוויין הפכו לכלים חיוניים במעקב והבנה של שינויי האקלים העולמיים.אורביטינג מאות עד אלפי קילומטרים מעל פני כדור הארץ, פלטפורמות אלה מספקות נקודת תצפית ייחודית המאפשרת למדענים להתבונן בכל הפלנטה בו זמנית – החל מדדי קרח המכווץ של גרינלנד ועד לדפוסי הצמחייה המנוסחים באמזון.הנתונים שהם אוספים מהווים את עמוד השדרה של מדע האקלים המודרני, ומאפשרים לחוקרים לעקוב אחר מגמות ארוכות טווח, לאמת את האקלים, ולזהות את ההחלטות הבינלאומיות, ללא יכולת הראייה שלנו, ללא שינוי במערכת החללית.

כיצד לוויינים עוקבים אחר האקלים

לוויינים המצוידים במגוון של חיישנים יכולים למדוד את שינויי האקלים המרכזיים ברחבי העולם עם עקביות יוצאת דופן.חיישנים אלה ללכוד חלקים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי ולהשתמש בעקרונות פיזיים שונים כדי להפיק מידע על האווירה, האוקיינוסים, האדמה והקרח.הנתונים מועברים לתחנות קרקע, מעובדים, וניתחו כדי ליצור רשומות אקלים שמושכות עשרות שנים.

Orbits and Coverage

שני סוגים עיקריים של מעקב האקלים: גיאוגרפיה וקטב-אוביטינג.לווינים גיאוסטואריים מרחפים מעל נקודה קבועה על קו המשווה, מתן כיסוי רציף של אזור גדול - קריטי למעקב אחר דפוסי מזג אוויר קצרים ופיתוח הסערה.פול-אוביט בלוויינים, לעומת זאת, כדור הארץ מקוטב לקוטב, המכסה את כל העולם פעמיים ביום את הגובה התחתון של נאס"א (AA-PP) כמו לוויינים משתנים, כגון קרינת קרח או אטומיתיקים, לעומת זאת, לעומת זאת, כלומר, כלומר, לדוגמה, טמפרטורת פני כדור הארץ, טמפרטורת פני השטח המשתנים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, טמפרטורת פני השטח של קרינת קרח קרינת קרח קרינת שטחית, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, טמפרטורת פני השטח של כדור הארץ מקוטבייטבייטב, בהשוואה, מאפשרת , טמפרטורת פני השטח של , בהשוואה, בהשוואה, מקוטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבוקסילי (NUM, בהשוואה, בהשוואה, בהשוואה, מקוטבייטבייטבוקסילי), המשתנים ברמה גבוהה יותר מקוטבייטב (N-

סוגי חיישן מפתח

  • (FLT:0)Radiometers: FLT:1 מודד את עוצמת הקרינה הנפלטת או משתקפת על ידי כדור הארץ בלהקות אורכי גל שונים. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  • (FLT:0) חומרים וספקטרום: FLT ( 1 פיצול אור לתוך להקות ספקטרליות צר לזהות גזים ספציפיים כגון פחמן דו חמצני, מתאן ואוזון. מכשירים כמו מצפה פחמן אורביטינג פחמן (OCO-2) ואת הטרוסקופי ניטור Instrument (TROPOMI) הם חיוניים למעקב גזי החממה.
  • (FLT:0)Lidar:BuildFLT:1) השתמש דופק לייזר כדי למדוד מרחק ותכונות פיזיות של האווירה והמשטחים. לידר Spaceborn, כגון Cloud-Aerosol Lidar עם אורקליזציה אורנטית (CALIOP) על לוויין CALIPSO, מספק פרופילים של עננים ואווירות המשפיעים על מאזן האנרגיה של כדור הארץ.
  • (FLT:0)Radar and Altimeters:FLT:1) Emit מיקרוגל הדופקs ומדכא את זמן החזרה שלהם כדי לקבוע גובה פני השטח או מבנה. Radar altimeters על משימות כמו ג'ייסון 3 ו Sentinel 6 מייקל פריליץ' לפקח על רמת הים עלייה על פני פני האוקיינוס עד בתוך כמה סנטימטרים.
  • (FLT:0) Synthetic Aperture Radar (SAR): FLT) מספק תמונות ברזולוציה גבוהה של אדמה משטחים קרח ללא קשר לכיסוי ענן. SAR נתונים משמשים כדי לעקוב אחר תנועה קרחונים, תת-קרקעית קרקע, ו deforestation באזורים טרופיים שבהם חיישנים אופטיים חסומים על ידי עננים.

איסוף נתונים ו-Transmission

לאחר שנאספו, נתוני החיישן מעובדים על גבי הלוויין - לעתים עם דחיסה חסרת אובדן - מועברים באמצעות תדרי רדיו לתחנות קרקע מבוזרות ברחבי העולם. Agencies כמו נאס"א, ESA, ו- JAXA מפעילה רשתות של תחנות קבלה המאגדות נתונים בזמן הקרוב-אמיתי.לאחר קבלת פנים, פליטות מתכת גולמיות עוברות קליברציה ואימות למכשירים כדי להמיר את הקריאות לכמויות פיזיות כגון טמפרטורה קלה או מיליוני חומרים אלה של נאס"א-אוקסולר, כמו נתונים, לאחר מכן, כגון קבצי פחמן דו-חמצני, או נתונים, כגון קבצי פחמן, או נתונים, לאחר קבלת נתונים, כגון קבצי פחמן דו-חמצני, או נתונים, לאחר קבלת נתונים, כגון קבצי פחמן פתוחים, או נתונים, לאחר קבלת נתונים, לאחר קבלת נתונים, לאחר קבלת נתונים, או נתונים, לאחר קבלת פנים, לאחר קבלת פנים, לאחר מכן, לאחר קבלת פנים, באמצעות נתונים, לאחר קבלת פנים-חמצני, לאחר שהפכו ל-חמצני, באמצעות נתונים, או נתונים, באמצעות נתונים פתוחים, נתונים זמינים, נתונים, נתונים, או נתונים פתוחים, לאחר קבלת נתונים, לאחר קבלת פנים, עוברים קובצי Cookie, עוברים קובצי Cookie של נאס"א-ידי פחמן פתוחים, לאחר ש-ידי נאס"א-ידי

סוגי נתונים של לווין המשמשים במדעי האקלים

כל משתנה אקלים דורש סוג מסוים של מדידה לווינית.הבנת החוזקות והמגבלות של סוגי נתונים אלה היא יסוד לפרש רשומות אקלים ופלטי מודל.

נתונים נסתרים

חיישני אינפרא אדום הרחם מודדים את קרינת הגל הארוכה הנפלטת על ידי כדור הארץ.הקרינה הזו קשורה ישירות לטמפרטורת פני השטח, מה שהופך ערוצים תרמיים חיוניים למעקב אחר טמפרטורת פני הים, טמפרטורת פני הקרקע, ואת הטמפרטורה של האווירה התחתונה.על ידי שילוב המדידות האלה עם מודלים אובייקטיביים מדויקים, מדענים יכולים לזהות מגמות התחממות באקלים הארקטי וטמפרטורת האוקיינוס.

נתוני מיקרוגל

חיישנים מיקרוגל יכולים לחדור כיסוי ענן ולמדד פליטות תרמיות או backscatter מפני פני השטח. . Passive מיקרוגל מילימטרים - כמו אלה על לוויינים TRMM ו- GPM - הם גם לפקח על ריכוז קרח הים והיקף על ידי זיהוי ההבדל בקוויריות מיקרוגל בין מים פתוחים לקרח. כי מיקרוגל מושפעים פחות מחום מים אטמוספירפרי, המדידות אלה הן שימושיות במיוחד עבור אזורים שבהם הם עננים מקוטבים.

נתונים חשופים וקרובים ל-Infrared

ערוצים בולטים וקרובים ללכידת אור שמש משתקף את אור השמש.היחס של אור קרוב לאדום אור אדום - מדד ההנעה הנורמלי (NDVI) - הוא פרוקסי נפוץ נרחב לבריאות הצמחייה והדחיסות. רשומות ארוכות טווח NDVI מסדרת חיישן AVHRR חשפו שינויים באורך העונה והדפוסים המדבריים.

מידע עדכני ואל-זמן

רדאר אלטרס מספקת מדידות קריטיות של רמת הים עם כיסוי עולמי כל 10 עד 30 ימים.השיא המתמשך של TOPEX / POseidon למשימות הסנטינל-6 הנוכחי הראה האצה ברורה ברמת הים מעל פני שלושת העשורים האחרונים.בנוסף, טכניקות בין-פרמטריות (InSAR) מאפשרות למדענים למדוד שינויים בקנה מידה מילימטר בגובה פני השטח, כגון תת-קרקעי של ערים או קרחונים דקים.

מרכזי לוויין ותוכניות

ניטור האקלים לא יהיה אפשרי ללא תוכניות בינלאומיות מתואמות, עיצוב, שיגור והפעלה של לווינים עם מכשירים הקשורים לאקלים.מספר משימות מפתח הגדירו את השדה.

מערכת שמירת כדור הארץ של נאס"א (EOS)

תוכנית ה- EOS, אשר החלה בשנות ה-90, כוללת לווייני דגל כגון Terra (הכניסה ל-1999), Aqua (2002), ו- Aura (2004). פלטפורמות אלה לשאת מכשירים מרובים המספקים נתונים על אדמה, אוקיינוסים, אוויריות, ו Cryosphere.המשימה נועדה לייצר שיא של 15 שנים או יותר אקלים; מכשירים רבים ממשיכים לפעול מעבר למחזור החיים שלהם, ומספקים יותר משני עשורים של תצפיות.

תוכנית קופניקוס של ESA

תוכנית הקופרניקוס של סוכנות החלל האירופית כוללת את משפחת סנטינל של לווינים. Sentinel-1 מספקת תמונות מכ"ם; Sentinel-2 מספקת נתונים אופטיים ברזולוציה גבוהה עבור ניטור קרקע; Sentinel-3 נושאת כלי אלטר וצבע האוקיינוס המתקדם; ו Sentinel-5P (Pilot) ממפה עקבות אטמוספריים עם פתרון מרחבי חסר תקדים.

לוויינים של NOAA

המינהל הלאומי של האוקיינוסים והאטמוספירה (NOAA) מפעיל את מערכת הלוויין המשותפת של Polar (JPSS), הכוללת את Suomi NPP (החליפה 2011) ו- NOAA-20 (2017).לוויינים אלה נושאים את חבילת הרדיומטר המפחידה (VIIRS), חיישן המשלב את יכולות של MODIS ונתוני AVHRR.7RS משמשים לחיזוי מזג האוויר, כמו גם יישומים כגון ניטור אוויר והערכה על ידי מזג אווירית.

שיתוף פעולה בינלאומי ושיתוף נתונים

אף אומה אחת לא יכולה לכסות את הצרכים של ניטור עולמי בלבד.הועדה על תצפיות תצפית על פני כדור הארץ (CEOS) לתאם תצפיות חלליות אזרחית ומקדם שיתוף נתונים.הקבוצת על תצפיות כדור הארץ (GEO) פועלת כדי לבנות מערכת תצפית גלובלית של מערכות (GEOSS) להבטיח כי נתונים ממקורות שונים תואמים וכי פערים בכיסוי ניתן לטפל בשיתוף פעולה בינלאומי משותף גם לרשומות אבטחה - הגדרות אבטחה דומות.

השפעת מידע על מדע האקלים

תצפיות לוויין שינו באופן יסודי את האופן שבו מדענים מבינים את מערכת כדור הארץ לפני עידן הלווין, נתוני האקלים היו דלים ולעיתים קרובות מוטים כלפי אזורים מאוכלסים.היום, רשומות לוויין מספקות פרספקטיבה גלובלית וגאונית באמת, שאיפשרה כמה התקדמות מדעית גדולה.

רשומות אקלים לטווח ארוך

רשומות לוויין עקביות משתרעות כעת על יותר מ-40 שנה עבור כמה משתנים, כגון טמפרטורת פני הים (מסדרה AVHRR) והיקף קרח הים (מתצפיות מיקרוגל פסיביות) שיא טמפרטורת פני השטח העולמית של הלוויין מראה מגמה התחממות של כ 0.13 מעלות צלזיוס לעשור מאז שנות ה-70, בהסכם קרוב עם נתונים ישיבה.

שיפור מודל האקלים

מודלים אקלים מדמיינים את התהליכים הפיזיים שמניעים את מערכת כדור הארץ, אך עליהם להיות מוערכים נגד תצפיות לבניית אמון.נתוני לוויין מספקים את הכיסוי בקנה מידה גדול ואת תדירות זמני הנדרש לאימות המודל.לדוגמה, הערכות לוויין של איזון קרינה העליון של אטמוספרה משמשות לבדיקת האופן שבו מודלים של משובי ענן.

פרסום מדיניות והחלטות

קובעי המדיניות צריכים נתונים ברורים, אובייקטיביים לנסח אסטרטגיות לצמצום הפחתת האקלים וההתאמה של האו"ם במסגרת האמנה לשינוי האקלים (UNFCCC) משתמשים בנתונים לווייניים כדי לפקח על פליטות גזי החממה של מדינות והסרתן במסגרת הסכם פריז.לדוגמה, פרויקט הפחמן העולמי משתמש בתצפיות לוויין של פחמן דו חמצני כדי לעקוב אחר מגמות ויעילות של כיור פחמן טבעי.

עקבו אחרי Mitigation Efforts

לוויינים גם עוזרים להעריך את יעילותם של פרויקטים לשינוי האקלים.דמית ברזולוציה גבוהה יכול לפקח על הרחבת מתקני אנרגיה מתחדשת, ההתאוששות של אדמה מוזנחת, שינויים בפרקטיקה החקלאית.ה-FLT:0 NASA Earth ObservatoryigtureFLT:1 לעתים קרובות תכונות לוויין המתעדות מחדש, בנייה סולארית, ומאמץ הקטנת אי חום.

אתגרים ומגבלות

למרות כוחם, מערכות לוויין מתמודדות עם כמה מכשולים שיכולים להשפיע על איכות המידע ועל ההמשכיות.הבנת המגבלות הללו חיונית לשימוש בנתונים לווייניים באחריות.

משיכת נתונים והמשך

רשומות אקלים דורשות תצפיות עקביות וארוכות טווח.עם זאת, פערים יכולים להתרחש בין סוף משימה אחת לבין ההשקה של יורשו.לדוגמה, היה פער קצר בנתונים של Ocean altimetry בין סוף משימת ג'ייסון-2 לבין המבצע המלא של ג'ייסון 3. פערים כאלה יכולים לשבור את ההומוגניות של שיא האקלים וניתוח טרנדים מסבך.

המונחים: obation

מכשירים לוויין הידרדרו לאורך זמן בשל חשיפה לקרינה, רכיבה על אופניים טמפרטורה וגורמים אחרים לסביבה בחלל.חיישנים חייבים להיות מעוקלים ללא הרף באמצעות מקורות על הסיפון (למשל, מנורות, כופות שחורות) וחצויים אחרים עם לווינים אחרים ומדידות קרקעיות.תהליך השחיקה הוא קריטי במיוחד עבור יישומי אקלים, שבו סחף קטן ברגישות יכול לחקות או לערפל מגמות אקלים גלובליות (מערכת החלל מבוססת)

Orbital Decay and End of Life

לווייני כדור הארץ הנמוכים מאבדים בהדרגה את הגובה בשל גרור אטמוספרי ובסופו של דבר נכנסים לאטמוספירה, מגבילים את תוחלת החיים התפעולית שלהם ל-5-15 שנים בדרך כלל.זה אומר שרשומות האקלים מתמלאות מחיישנים רבים ברציפות.כל חיישן חדש מביא הטיה עדינה שיש ליישב – תהליך המכונה הומוגניזציה. אלגוריתמים סופיסטים ותקופות חפיפותפות עוזר ליצור סדרות זמן רצופות, אך אי הוודאות התמיד נשארת.

Data Access and Processing Challenges

נפח ה-Sheer של נתוני לוויין גולמיים - פלטפורמות המבוססות על ענן בשנה - מייצגות אתגרים חישוביים ואחסון.מדינות מתפתחות רבות חסרות את התשתית להוריד ולעבד נתונים לוויין באופן מקומי.פלטפורמות מבוססות ענן כגון FLT:0) Google Earth EngineFLT:1 פנו באופן חלקי על ידי אחסון נתונים לווייניים ומספקים יכולות עיבוד באינטרנט.

כיוונים עתידיים

הדור הבא של משימות לוויין מבטיח אפילו פתרון בסדר, כיסוי גדול יותר, ויכולות מדידה חדשניות שיגבירו עוד יותר את ניטור האקלים.

חיישן הטיפוח הבא

[ה] משימות מתוכננות כוללות את מצפה המערכת של נאס"א:0 [הביולוגיה והגאולוגיה] (SBG) , אשר תוכנן עבור מצפה מערכת כדור הארץ של נאס"א, אשר תישא ספקטרום הדמיה המסוגל למדוד מאות להקות צרות כדי למפות את הקומפוזיציה האקולוגית והבריאות.

לוויינים קטנים וקונסטלציה

ההתקדמות במיני-אירויזציה אפשרה קבוצות של לווינים קטנים (למשל, CubeSats) שיכולים לספק זמני החזרה יומיים ורזולוציה מרחבית גבוהה יותר, מפעילי מסחר כמו Planet Labs פועלים מאות של קובצי תוהו ובוהו כדי לצלם את כדור הארץ כולו בכל יום.עבור יישומי אקלים, קבוצות יכולים למלא פערים שנותרו על ידי לוויינים גדולים יותר, איטיים יותר, כגון LT:0Cy Ccly Globalmediatrated, משתמשים ב-Squaretatingicial of the Sea-Ricial System, אפילו ב-Rateicials).

Machine Learning and Data Fusion

טכניקות למידת מכונה מודרניות מהפיכה של האופן שבו נתונים לווייניים מעובדים ומשולפים.רשתות נילי יכולות למזג נתונים מחיישנים מרובים של לווייניים ובתצפיות של תצפיות בסיטקום כדי לייצר מוצרי אקלים מלאי פערים, ברזולוציה גבוהה.לדוגמה, ה-FLT:0Climate Data RecordsFLT:1 המיוצרים על ידי האלגוריתם FLT:2NOAA for Environmental InformationFLT: 3, כלומר, יותר ויותר תלויות על ידי זיהוי מוקדם של מכשירים ממכשירים של מכונות, או אלגוריתמים, אשר אלגוריתמים, אשר אלגוריתמים, אשר אלגוריתמים, אשר אלגוריתמים, כמו גם כן, אשר אלגוריתמים, אשר אלגוריתמים, כמו גם כן, אשר אלגוריתמים, ניתן יהיה מסוגלות, אשר יהיו מאוגדילודים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, אשר יהיו מאוגדילומים שונים, אשר אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, אשר יהיו מאוגדו, אשר יהיו אלגוריתמים, על ידי אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים, אשר יהיו מאוישימים, אשר יהיו אלגוריתמים, אשר יהיו אלגוריתמים, אשר יהיו מאוגדילים, כמו כן, כמו גם

מסקנה

מערכות לוויין התפתחו מטכנולוגיית הניסויים למרכיב חיוני של ניטור שינויי האקלים העולמי.הם מספקים את האמצעים היחידים להשגת תצפיות שיטתיות, חוזרות ונשנות וגלובאליות של האווירה של כדור הארץ, האוקיינוסים, הקרקע והקרח.הנתונים שהם אוספים תחת כל היבט של מדע האקלים - מגילוי אובדן הפחתת הקרח הארקטי ועד לאמת את הפחתת גזי החממה הבינלאומיים.