Troposfäärin lämpeneminen ja stratosfäärin jäähtyminen 2000-luvulla vahvistaa ihmisen vaikutuksen

Kaukokartoitusmenetelmä

Radio okkultaatiotiedot (RO) eli kaukokartoitustekniikka osoittaa, että 2000-luvun kahden ensimmäisen vuosikymmenen aikana maapallon alin ilmakehän kerros – troposfääri – lämpeni merkittävästi, jopa 0.5 K vuosikymmenessä, kun taas sen yläpuolella oleva kerros – stratosfääri – jäähtyi suunnilleen saman verran.

Ilmakehän tarkkailu (GNSS-RO)

GNSS-RO-tekniikan periaate perustuu radioaaltojen vaihe- ja amplitudimuutosten mittaamiseen, kun ne etenevät ilmakehän läpi noin 20 000 km:n korkeudessa lentävästä GNSS-satelliitista polaariradalla kiertävässä satelliitissa olevaan vastaanottimeen korkeudella 300km ja 1300 km välillä. Vastaanottimen näkökulmasta GNSS- satelliitin nähdään asettuvan tai nousevan maan rajaan. GNSS-radiosignaalin vastaanottaminen noin kahden minuutin ajan riittää tekemään ilmakehän skannauksen läheltä pintaa selvästi neutraalin ilmakehän yläpuolelle (~100 km). Tällaisen pyyhkäisyn aikana voidaan laskea säteen taittumisen – tai taivutuksen – määrä vaihesiirroista ja määrittää ilman taitekerroin korkeuden funktiona. Yläilmakehässa, jossa kosteus on alhainen, taitekerroin on verrannollinen ilman tiheyteen. Näin ollen yhdestä peittämistapahtumasta voidaan määritellä lähes pystysuora lämpötilan, paineen ja tiheyden profiili keskimmäisestä troposfääristä ylempään stratosfääriin.

(ks. GNSS-RO periaate)

 

Noin 1850-luvulta lähtien troposfäärin alimpien kerrosten lämpötiloja on mitattu maassa sijaitsevilla lämpömittareilla. Nämä aikasarjat ovat kuitenkin varhaisina vuosikymmeninä melko epävarmoja ja antavat mittauksia vain lähellä pintaa. 1940-luvulta lähtien kerättyjen harvalukuisten ilmapallomittausten lisäksi yksityiskohtaisen kuvan saaminen yläilmakehän lämpötiloista joutui odottamaan satelliittiaikakauden alkua.

1970-luvun lopusta lähtien maapallon kiertoradalla lentäneet satelliittivälitteiset instrumentit ovat havainneet säännöllisesti yläilmakehän lämpötiloja. Tällä hetkellä on olemassa useita satelliittipohjaisia tekniikoita näiden lämpötilojen mittaamiseen. Useimmat tekniikat perustuvat Maan ilmakehän säteilymittauksiin infrapuna- tai mikroaallonpituuksilla, kuten ne, jotka on johdettu Metop-satelliittien IASI- ja AMSU-A- instrumenttien mittauksista.

Ohessa IASI level 1 dokumentaatio ja sivulta 21 spektriset kaistat:

https://www.eumetsat.int/media/44030

Eli koko spektrisen kaistan leveys on 645 cm-1 – 2760cm-1, mikä vastaa 3.62μm – 15.50μm. Jos tarkastellaan FIR (Far infrared) aluetta (15μm – 1mm), oheinen graafi osoittaa radianssin voimakkaan vaimenemisen jo 3.62μm:ssa.

https://navigator.eumetsat.int/product/EO:EUM:DAT:0758

Tämän vuosituhannen alussa otettiin käyttöön suhteellisen uusi tekniikka, nimeltään GNSS Radio OccultationTämä tekniikka johtaa ilmakehän lämpötilaprofiilit GNSS-signaalien taipumiseen ilmakehässä. Näiden profiilien ainutlaatuinen pitkän aikavälin stabiilisuus tekee niistä erinomaisesti soveltuvia tutkimaan troposfäärin ja stratosfäärin lämpötilojen muutoksia pitkällä aikavälillä. Siten ne auttavat lisäämään luottamustamme ilmakehän reaktioon, lisääntyneinä kasvihuonekaasu-pitoisuuksina.

Ilmakehän profiilin matemaattinen käsittely

Okkultaatiotapahtuman aikana, GNSS-radiosignaalin aikaviive (vaihesiirto) ja amplitudi mitataan ja muunnetaan taitekulmien tai taivutuskulmien pystysuoraksi profiiliksi. Olettaen, että okkultaatiopisteen ympärillä on paikallinen pallosymmetria, voimme käyttää Abel-muunnosta taitekertoimen n pystyprofiilin laskemiseen taivutuskulmista:

Missä a on iskuparametri ja x = nr, missä r on radiosignaalin säteen polun pisteen säde.

Viite r:stä:

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/97JD01569

 

Mikroaaltojen taitekerroin on paineen p, lämpötilan T ja vesihöyryn osapaineen e funktio:

Missä N:ää kutsutaan taittokyvyksi. Kuivassa ilmakehässä taittokyky on suoraan verrannollinen ilman tiheyteen, ja paineprofiili voidaan hakea integroimalla taitekykyprofiilin vertikaalinen integrointi, oletuksena hydrostaattinen tasapaino. Vastaava lämpötilaprofiili saadaan tilanyhtälöstä, esim. ideaaliselle kaasulle. Tämä niin kutsuttu ”kuiva” approksimaatio on pätevä oletus troposfäärin yläosassa ja koko stratosfäärissä.

Linkki aiheesta kiinnostuneille

(EUMETSAT)

https://www.eumetsat.int/tropospheric-warming-and-stratospheric-cooling-21st-century

Vastaavaa tutkimusta 1979 – 2018

Lähde: AMS (American Meteorological Society)

https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/33/19/jcliD190998.xml

Troposfäärin lämpeneminen

Stratosfäärin jäähtyminen

Tulihan tämäkin lopulta vahvistettua!

Viitteeni:

https://puheenvuoro.uusisuomi.fi/hannusinivirta/ihminen-muuttaa-ilmastoa-paivitys-25-1-2023/

 

HannuSinivirta
Sitoutumaton Helsinki

(el. vanh. tut. / FMI)

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu