Medições de temperatura do satélite - Satellite temperature measurements
As medições de temperatura de satélite são inferências da temperatura da atmosfera em várias altitudes, bem como das temperaturas do mar e da superfície terrestre obtidas a partir de medições radiométricas por satélites . Essas medições podem ser usadas para localizar frentes meteorológicas , monitorar o El Niño-Oscilação Sul , determinar a força de ciclones tropicais , estudar ilhas de calor urbanas e monitorar o clima global. Incêndios florestais , vulcões e pontos quentes industriais também podem ser encontrados por meio de imagens térmicas de satélites meteorológicos.
Os satélites meteorológicos não medem a temperatura diretamente. Eles medem radiâncias em várias bandas de comprimento de onda . Desde 1978 , as unidades de sondagem de microondas (MSUs) nos satélites orbitais polares da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional medem a intensidade da radiação emergente de microondas do oxigênio atmosférico , que está relacionada à temperatura de amplas camadas verticais da atmosfera. As medições da radiação infravermelha pertencentes à temperatura da superfície do mar foram coletadas desde 1967.
Conjuntos de dados de satélite mostram que nas últimas quatro décadas a troposfera aqueceu e a estratosfera esfriou. Ambas as tendências são consistentes com a influência do aumento das concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa .
Medidas
Os satélites não medem a temperatura diretamente. Eles medem radiâncias em várias bandas de comprimento de onda, que devem então ser matematicamente invertidas para obter inferências indiretas de temperatura. Os perfis de temperatura resultantes dependem de detalhes dos métodos que são usados para obter temperaturas de radiâncias. Como resultado, diferentes grupos que analisaram os dados de satélite produziram conjuntos de dados de temperatura diferentes.
A série temporal do satélite não é homogênea. É construído a partir de uma série de satélites com sensores semelhantes, mas não idênticos. Os sensores também se deterioram com o tempo, e correções são necessárias para a deriva orbital e decadência. Diferenças particularmente grandes entre as séries de temperatura reconstruídas ocorrem nos poucos momentos em que há pouca sobreposição temporal entre os satélites sucessivos, dificultando a intercalibração.
Medidas infravermelhas
Medições de superfície
A radiação infravermelha pode ser usada para medir a temperatura da superfície (usando comprimentos de onda de "janela" para os quais a atmosfera é transparente) e a temperatura da atmosfera (usando comprimentos de onda para os quais a atmosfera não é transparente ou medindo as temperaturas do topo das nuvens em janelas infravermelhas).
Os satélites usados para recuperar as temperaturas da superfície por meio da medição do infravermelho térmico em geral requerem condições sem nuvens. Alguns dos instrumentos incluem o Radiômetro de Resolução Muito Alta Avançada (AVHRR), Radiômetros de Varredura ao Longo da Trilha (AASTR), Conjunto de Radiômetros de Imagens Infravermelho Visível (VIIRS), Sonda Infravermelha Atmosférica (AIS) e o Espectrômetro de Transformada de Fourier ACE (ACE ‐ FTS ) no satélite canadense SCISAT-1 .
Os satélites meteorológicos estão disponíveis para inferir informações sobre a temperatura da superfície do mar (SST) desde 1967, com os primeiros compostos globais ocorrendo durante 1970. Desde 1982, os satélites têm sido cada vez mais utilizados para medir SST e têm permitido que sua variação espacial e temporal seja visualizada de forma mais completa . Por exemplo, as mudanças no SST monitoradas via satélite têm sido usadas para documentar a progressão do El Niño-Oscilação Sul desde os anos 1970.
Sobre a terra, a recuperação da temperatura das radiações é mais difícil, por causa da falta de homogeneidade na superfície. Estudos foram conduzidos sobre o efeito da ilha de calor urbana por meio de imagens de satélite. O uso de imagens de satélite infravermelho de alta resolução avançada pode ser usado, na ausência de nebulosidade, para detectar descontinuidades de densidade ( frentes climáticas ), como frentes frias no nível do solo. Usando a técnica de Dvorak , imagens de satélite infravermelho podem ser usadas para determinar a diferença de temperatura entre o olho e a temperatura do topo da nuvem da nublada densa central de ciclones tropicais maduros para estimar seus ventos sustentados máximos e suas pressões centrais mínimas .
Os radiômetros de varredura ao longo da trilha a bordo de satélites meteorológicos são capazes de detectar incêndios florestais, que aparecem à noite como pixels com uma temperatura superior a 308 K (95 ° F). O espectrorradiômetro de imagem de resolução moderada a bordo do satélite Terra pode detectar pontos quentes térmicos associados a incêndios florestais, vulcões e pontos quentes industriais.
A sonda atmosférica infravermelha do satélite Aqua, lançada em 2002, usa detecção infravermelha para medir a temperatura próxima à superfície.
Medidas de estratosfera
As medições da temperatura estratosférica são feitas a partir dos instrumentos Stratospheric Sounding Unit (SSU), que são radiômetros infravermelhos (IR) de três canais. Uma vez que mede a emissão infravermelha do dióxido de carbono, a opacidade atmosférica é maior e, portanto, a temperatura é medida em uma altitude mais elevada (estratosfera) do que as medições de microondas.
Desde 1979, as unidades de sondagem estratosférica (SSUs) nos satélites operacionais NOAA fornecem dados de temperatura estratosférica quase globais acima da estratosfera inferior. O SSU é um espectrômetro de infravermelho distante que emprega uma técnica de modulação de pressão para fazer medições em três canais na banda de absorção de dióxido de carbono de 15 μm. Os três canais usam a mesma frequência, mas diferentes pressões de célula de dióxido de carbono, as funções de ponderação correspondentes têm pico em 29 km para o canal 1, 37 km para o canal 2 e 45 km para o canal 3.
O processo de derivar tendências de medição de SSUs provou ser particularmente difícil por causa da deriva do satélite, da intercalibração entre diferentes satélites com pouca sobreposição e vazamentos de gás nas células de pressão de dióxido de carbono do instrumento. Além disso, como as radiâncias medidas por SSUs são devidas à emissão de dióxido de carbono, as funções de ponderação se movem para altitudes mais altas à medida que a concentração de dióxido de carbono na estratosfera aumenta. As temperaturas da estratosfera média a alta mostram uma forte tendência negativa intercalada pelo aquecimento vulcânico transitório após as erupções vulcânicas explosivas de El Chichón e Monte Pinatubo , pouca tendência de temperatura foi observada desde 1995. O maior resfriamento ocorreu na estratosfera tropical consistente com o aumento de Brewer-Dobson circulação sob o aumento das concentrações de gases de efeito estufa.
O resfriamento estratosférico inferior é causado principalmente pelos efeitos da redução da camada de ozônio, com uma possível contribuição do aumento do vapor de água estratosférico e do aumento dos gases de efeito estufa. Houve um declínio nas temperaturas estratosféricas, intercalado por aquecimentos relacionados a erupções vulcânicas. A teoria do aquecimento global sugere que a estratosfera deve esfriar enquanto a troposfera se aquece.
O resfriamento de longo prazo na baixa estratosfera ocorreu em dois degraus descendentes na temperatura ambos após o aquecimento transitório relacionado às erupções vulcânicas explosivas de El Chichón e do Monte Pinatubo , este comportamento da temperatura estratosférica global foi atribuído à variação da concentração global de ozônio nos dois anos após erupções vulcânicas.
Desde 1996, a tendência é ligeiramente positiva devido à recuperação do ozônio justaposta a uma tendência de resfriamento de 0,1 K / década que é consistente com o impacto previsto do aumento dos gases de efeito estufa.
A tabela abaixo mostra a tendência da temperatura estratosférica a partir das medições do SSU nas três bandas diferentes, onde a tendência negativa indicava resfriamento.
| Canal | Começar | Data final | STAR v3.0
Tendência global |
|---|---|---|---|
| TMS | 1978-11 | 2017-01 | -0,583 |
| TUS | 1978-11 | 2017-01 | -0,649 |
| TTS | 1979-07 | 2017-01 | -0,728 |
Medições de microondas (troposférica e estratosférica)
Medições da unidade de sondagem por micro-ondas (MSU)
De 1979 a 2005, as unidades de sondagem de microondas (MSUs) e, desde 1998, as unidades avançadas de sondagem de microondas nos satélites meteorológicos de órbita polar NOAA mediram a intensidade da radiação emergente de microondas do oxigênio atmosférico . A intensidade é proporcional à temperatura de amplas camadas verticais da atmosfera . A radiância da ressurgência é medida em frequências diferentes; essas diferentes bandas de frequência mostram uma faixa ponderada diferente da atmosfera.
A Figura 3 (à direita) mostra os níveis atmosféricos amostrados por diferentes reconstruções de comprimento de onda a partir das medições de satélite, onde TLS, TTS e TTT representam três comprimentos de onda diferentes.
Outras medições de microondas
Uma técnica diferente é usada pela espaçonave Aura , o Microwave Limb Sounder , que mede a emissão de microondas horizontalmente, em vez de mirar no nadir.
As medições de temperatura também são feitas por ocultação de sinais de GPS. Esta técnica mede a refração dos sinais de rádio dos satélites GPS pela atmosfera da Terra, permitindo assim que os perfis verticais de temperatura e umidade sejam medidos.
Medições de temperatura em outros planetas
As missões de ciências planetárias também fazem medições de temperatura em outros planetas e luas do sistema solar, usando técnicas de infravermelho (típicas de missões orbitais e flyby de planetas com superfícies sólidas) e técnicas de micro-ondas (mais frequentemente usadas para planetas com atmosferas). Os instrumentos de medição de temperatura infravermelha usados em missões planetárias incluem medições de temperatura de superfície feitas pelo instrumento Thermal Emission Spectrometer (TES) no Mars Global Surveyor e o instrumento Diviner no Lunar Reconnaissance Orbiter ; e medições de temperatura atmosférica feitas pelo espectrômetro infravermelho composto da espaçonave Cassini da NASA .
Os instrumentos de medição da temperatura atmosférica de microondas incluem o Radiômetro de Microondas na missão Juno a Júpiter.
Veja também
- Som atmosférico
- Registro de temperatura instrumental
- Temperatura da superfície do mar
- Registro de temperatura
Referências
links externos
- Um gráfico que compara os registros de superfície, balão e satélite (arquivo de 2007)
- Tendências de temperatura na atmosfera inferior: etapas para compreender e reconciliar as diferenças Produto de síntese e avaliação CCSP 1.1
- O que as microondas nos ensinam sobre a atmosfera
- Temperaturas atmosféricas com média global
