Introduzione: Il ruolo critico del telerilevamento nella ricerca criosferica

I ghiacciai della Terra e le calotte del ghiaccio sono tra gli indicatori più sensibili del cambiamento climatico, che rispondono direttamente ai cambiamenti di temperatura e di precipitazioni, e la loro fusione contribuisce in modo significativo all'aumento del livello globale del mare. Tuttavia, molti di questi paesaggi congelati si trovano in regioni remote, ad alta quota o polari che sono difficili e costosi da accedere a spedizioni terrestri, dove il rilevamento remoto, la scienza di raccogliere informazioni sulla superficie terrestre monitora da una distanza indispensabile.

Fondamenti di rilevamento remoto per l'osservazione della Terra

I sensori possono essere classificati in larga misura in due categorie: ] sensori di passaggio[[FLT: 1]]], che rilevano la radiazione naturale (solitamente la luce riflessa dalla superficie o l'energia termica infrarossa emessa dalla Terra), e sensori attivi, che misurano la lunghezza di neve più lunga

Tecniche per il monitoraggio del ghiacciaio Melting e Velocity

Immagini satellitari ottiche e multispettrali

I sensori multispettivi, come quelli su Landsat 8/9 (30 metri di risoluzione spaziale) e il Sentinel-2 gli scienziati hanno rivelato le immagini (10-metro di risoluzione) catturano le immagini attraverso più bande di luce visibile e infrarossa.

Altimetria laser (LiDAR)

Per esempio, il sistema di rilevamento del ghiaccio è stato utilizzato per il periodo di tempo di avanzamento del ghiaccio.

Radar di apertura sintetica (SAR)

I sensori radar hanno un vantaggio netto rispetto ai sistemi ottici perché possono penetrare la copertura del cloud e operare nell'oscurità totale, critici per il monitoraggio delle regioni polari che vivono lunghe notti e frequenti sistemi di tempesta.

Rilevazione dei cambiamenti di gravità e di massa

Mentre l'altimetria e l'immaginario misurano i cambiamenti geometrici, la gravimetria misura la ridistribuzione della massa che accompagna la perdita di ghiaccio o il guadagno.

Missioni Satellitate specifiche e loro contributi

Programma Landsat

Con otto satelliti operativi dal 1972, il programma Landsat di USGS fornisce il più lungo archivio continuo di immagini ottiche a media risoluzione, ed è stato fondamentale per la creazione di inventari ghiacciai, modifiche di area di mappatura e dati di base per il World Glacier Monitoring Service.

ESA Sentinel Constellation

Il programma europeo di Copernico gestisce la serie Sentinel, tra cui Sentinel-1 (SAR), Sentinel-2 (multispetrale), e Sentinel-3] (coloro di ghiacciai e terra, altimetria)

ICESat e ICESat-2

Il primo altimetro laser satellitare progettato per le misurazioni dell'altezza del ghiaccio è stato ICESat-2, il cui successore, ICESat-2, con un laser multi-sondante più avanzato, sta attualmente fornendo dati di elevazione senza precedenti su fogli di ghiaccio e ghiaccio marino, comprese le misurazioni su ghiacciai montani robusti che erano in precedenza difficili da risolvere.

CryoSat-2

CryoSat-2 (lanciato nel 2010) porta un altimetro radar ottimizzato per superfici ghiacciate. È stato il momento chiave per misurare i cambiamenti di spessore delle calotte di ghiaccio nelle zone costiere e per ricavare lo spessore del ghiaccio marino sull'Oceano Artico. L'altimetria radar su CryoSat-2 completa l'altimetria laser di ICESat-2, poiché le lunghezze d'onda radar possono penetrare sottile copertura e neve del cloud per misurare meglio la superficie del ghiaccio.

Monitoraggio del livello del mare Rise: Combinazione di tecniche

L'aumento del livello del mare è un fenomeno composito guidato da due fattori principali: l'espansione termica dell'oceano (come l'acqua si espande) e l'aggiunta di acqua dolce da ghiacciai fusi e fogli di ghiaccio.

Altimetria satellitare per l'altezza della superficie del mare

I satelliti della serie Jason (Jason-1, OSTM/Jason-2, Jason-3 e il prossimo Sentinel-6 Michael Freilich) forniscono misurazioni radar continue dell'altezza della superficie del mare globale con una precisione che si avvicina a 2-3 centimetri.

Gravimetria per Disentangle Ice Melt vs. Espansione termica

Le missioni GRACE e GRACE-FO offrono una capacità unica per separare la componente di massa del livello del mare dall'espansione termica. Misurando la perdita di massa da ghiacciai e ghiacciai, gli scienziati possono calcolare il contributo di aumento del livello del mare direttamente attribuibile a fusione dell'acqua. Ad esempio, i dati GRACE hanno dimostrato che tra il 2002 e il 2014, l'acqua di fusione da ghiacciai e fogli di ghiaccio hanno contribuito a circa 1,8 millimetri all'aumento del livello del mare, con una crescita totale del 55%.

Infrarossi ottici e termici per il cambiamento costiero

Oltre alle misurazioni a cielo aperto, il telerilevamento monitora gli impatti costieri del livello del mare: erosione della costa, inondazione delle zone a basso profilo e cambiamenti nelle forme costiere. Le immagini ottiche ad alta risoluzione (da satelliti come WorldView o velivoli) possono mappare ripetutamente le posizioni di litorale, rivelando i tassi di erosione di pochi metri all'anno in deltas vulnerabili e isole di barriera.

Trattamento dei dati e metodi analitici avanzati

I dati grezzi di questi sensori satellitari, sia che si tratti di un'immagine ottica, di una forma d'onda altimetro laser, o di un interferogramma da parte delle reti SAR, richiedono un'elaborazione sofisticata.

Studi di casi: cosa la rilevazione remota ha rivelato

La carta del ghiaccio della Groenlandia

Combinando l'altimetria laser ICESat-2, la gravimetria GRACE e i dati della velocità SAR Sentinel-1, gli scienziati hanno costruito un quadro completo della perdita di ghiaccio della Groenlandia. Tra il 1992 e il 2020, il foglio di ghiaccio ha perso circa 4.900 gigatoni di ghiaccio, aumentando i livelli di mare di circa 13,5 millimetri.

La scheda di ghiaccio antartico

L'Antartide è più complessa: il Ghiaccio Antartide Orientale è in gran parte stabile, mentre l'Antartide Occidentale, in particolare l'Embayment Mare di Amundsen, sta diradando rapidamente. L'altimetria radar satellitare di CryoSat-2 e IceSat-2 mostra che il Ghiacciaio di Pine Island e Thwaites Glacier hanno disinvoltato da diversi metri all'anno.

L'Himalaya e l'Asia alta montagna

I ghiacciai dell'Himalaya e del Karakoram forniscono acqua per quasi un miliardo di persone. Studi di telerilevamento utilizzando Landsat e immagini satellitari spia declassificata degli anni '70 hanno scoperto che i ghiacciai dell'Himalaya hanno ridotto di circa il 15% negli ultimi 50 anni. Tuttavia, la risposta è eterogenea: la regione di Karakoram ha sperimentato un leggero guadagno di massa o stabilità (il "Karakoram per la perdita di dati meteoroli unici)

Sfide e limitazioni dei sistemi di rilevamento remoto attuali

Nonostante i progressi notevoli, il rilevamento remoto dei ghiacciai e del livello del mare si trova di fronte a diversi ostacoli. La risoluzione temporale è una limitazione comune: alcuni passaggi satellitari si verificano solo ogni 10–16 giorni, che possono perdere eventi rapidi come il calcolo dell'iceberg o le inondazioni.

Le direzioni e le tecnologie emergenti

Il prossimo La missione NASA-ISRO SAR (NISAR)[ fornisce una copertura radar globale ogni 12 giorni con frequenze L-band e S-band, consentendo più robuste misurazioni di velocità del ghiacciaio e deformazione nelle regioni vegetate e montane.

Conclusione: Rilevamento remoto come la colonna vertebrale della scienza criosferica

Le tecniche di telerilevamento hanno cambiato radicalmente il modo in cui osserviamo e comprendiamo il fenomeno del disgelo e dell'aumento del livello del mare. Dai primi giorni di Landsat, i primi punti di vista sinottici della portata del ghiaccio all'attuale suite di sensori laser, radar, gravimetrici e ottici, la capacità di misurare i cambiamenti nella massa di ghiaccio, nell'elevazione e nell'altezza dell'oceano con alta precisione, ha trasformato la scienza del clima.