Satelity mogą teraz mierzyć grubość lodu morskiego pokrywającego Ocean Arktyczny przez cały rok.
Tradycyjnie, statki kosmiczne miały trudności z określeniem pełnego stanu kry w miesiącach letnich, ponieważ obecność wody na powierzchni roztopionej wody dezorientowała ich instrumenty.
Jednak dzięki zastosowaniu nowych technik „głębokiego uczenia się” naukowcy pokonali to ograniczenie, aby uzyskać wiarygodne obserwacje we wszystkich porach roku.
Przełom ma szerokie implikacje.
Oprócz oczywistej korzyści dla statków, które muszą znać te części Arktyki, które będą bezpieczne w żegludze, istnieją znaczne korzyści dla prognozowania klimatu i pogody.
Obecnie istnieją znaczne różnice w przewidywaniach, kiedy w coraz cieplejszym świecie ocean polarny może być całkowicie wolny od lodu.
Czytaj: Lodowce topnieją szybciej niż przewidywano.
Lepszy wgląd w procesy topienia w tych kluczowych miesiącach, w których zmniejsza się powierzchnię i grubość kry, powinien teraz poprawić wyniki modeli komputerowych.
„Pomimo doskonałych wysiłków wielu badaczy, prognozy tych modeli klimatycznych dotyczące tego, kiedy latem zobaczymy pierwszy w pełni wolny od lodu Ocean Arktyczny – różnią się one o ponad 30 lat” – dr Jack Landy z UiT The Arctic University of Norway , powiedział BBC News.
„Musimy zaostrzyć te prognozy, abyśmy byli o wiele bardziej pewni tego, co i kiedy się wydarzy – oraz jak w konsekwencji reakcje klimatyczne przyspieszą”.
Zasięg pokrywy lodowej Arktyki zmniejszał się przez cały okres monitorowania jej przez satelity, który trwa od ponad 40 lat – spadek ten wynosi średnio 13% na dekadę.
Koniecznie zajrzyj na f7.pl
Ale dopiero od 2011 roku statki kosmiczne są w stanie konsekwentnie mierzyć grubość – a grubość (a właściwie objętość) jest prawdziwą miarą stanu kry.
Dzieje się tak, ponieważ zakres pokrywy lodu morskiego jest silnie uzależniony od tego, czy wiatry rozproszyły kry, czy zepchnęły je do siebie.
Do pomiaru grubości naukowcy używają wysokościomierzy satelitarnych.
Pionierska misja Cryosat-2 Europejskiej Agencji Kosmicznej (Esa) wyposażona jest w radar do pomiaru różnicy wysokości między wierzchołkiem lodu morskiego a wierzchołkiem wody w szczelinach lub przewodach oddzielających kry.
Na podstawie tej różnicy naukowcy mogą następnie, za pomocą stosunkowo prostych obliczeń, obliczyć grubość lodu.
Podejście sprawdza się w miesiącach zimowych, ale latem, kiedy śnieg na wierzchu lodu i sam lód zaczynają topnieć, gromadząca się woda skutecznie oślepia radar. Naukowcy nie mogą być pewni, czy sygnał echa, który powraca do Cryosat-2, pochodzi z otwartego oceanu, czy z powierzchni stawu roztopionego na lodzie.
Czytaj: Najdłuższa droga lodowa -zapinanie pasów i jazda z małą prędkością nielegalne
Od maja do września – kluczowego sezonu topnienia – był to okres ślepy dla statku kosmicznego.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy wykorzystali technikę sztucznej inteligencji (AI), w której algorytm był w stanie uczyć się i identyfikować wiarygodne obserwacje z ogromnej biblioteki syntetycznych sygnałów radarowych.
Profesor Julienne Stroeve z University College London (UCL) wyjaśnił: „Zasymulowaliśmy, jakie byłyby kształty echa, które otrzymalibyśmy dla różnych typów powierzchni lodu – czy mają one stopnie; czy to był zalany lód; lub lód o różnej szorstkości. Stworzyliśmy tę ogromną bazę danych fizycznych szacunków tego, jak powinien wyglądać sygnał zwrotny radaru, a następnie dopasowaliśmy je do poszczególnych impulsów radarowych z instrumentu, aby znaleźć najlepiej dopasowane echa.”
Esa przechowuje w swoich archiwach danych wszystkie pomiary Cryosat od maja do września, mimo że przez ostatnią dekadę były one prawie bezużyteczne. Ale teraz, dzięki temu nowemu podejściu, zespół dr Landy’ego był w stanie cofnąć się do zapisów, aby odzyskać całoroczne pomiary grubości lodu z całego okresu działania satelity.
Dr Rachel Tilling intensywnie pracowała z danymi Cryosat, zanim przeniosła swoje badania do niedawno uruchomionej misji laserowego wysokościomierza Icesat-2 amerykańskiej agencji kosmicznej.
Pochwaliła innowację.
„Lato to czas, kiedy zasięg lodu morskiego w Arktyce jest najszybszy, a posiadanie tego dodatkowego wymiaru pomoże nam lepiej zrozumieć, jak zmienia się pak lodowy” – powiedziała naukowiec z NASA.
„Icesat-2 ma swoje wyjątkowe trudności latem, ale mamy szczęście, że jego technologia liczenia fotonów oznacza, że nadal możemy mierzyć wysokość lodu morskiego, wody i roztopowych stawów przez cały rok.”
„Mówiąc to, Cryosat-2 zawsze będzie moją pierwszą miłością, więc jestem naprawdę podekscytowana, widząc, jak zostanie wykorzystany w ten nowatorski sposób”.
Dr Landy wraz z kolegą opublikowali swoje nowe podejście Cryosat w czasopiśmie Nature.
