Medições radiométricas de banda larga de satélites GPS revelam que o Albedo do Oceano Ártico no verão diminui mais rapidamente do que o gelo marinho recua

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13769 (2023) Citar este artigo

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Novas medições do Ártico ± 40 dias em torno do solstício de verão mostram que a luz solar refletida do norte de 80°N diminui de 20 a 35%. A cobertura do gelo marinho do Ártico diminui 7–9% durante o mesmo período (conforme relatado pelo NSIDC), implicando uma diminuição do albedo do gelo marinho do Ártico, além do recuo do gelo marinho. Medições antárticas semelhantes fornecem uma linha de base com a qual as medições do Ártico são comparadas. A luz solar refletida na Antártica ao sul de 80°S é até 30% maior que a refletância do Ártico e é simétrica em torno do solstício, implicando refletividade antártica constante. A luz solar refletida no Ártico 20 dias após o solstício é > 100 W/m2 menor que a luz solar refletida na Antártida. Para efeitos de perspectiva, isto é calor suficiente para derreter > 1 mm/hora de gelo. Esta descoberta deve ser comparada com modelos climáticos e em conjuntos de dados de reanálise para quantificar ainda mais o papel do albedo do gelo marinho na amplificação do Ártico. As medições foram feitas com radiômetros pixelados inéditos em satélites do Sistema de Posicionamento Global de 2014 a 2019. As órbitas GPS fornecem a cada radiômetro visualizações instantâneas e contínuas de 37% da Terra, duas visualizações diárias completas do Ártico e da Antártica. Além disso, a constelação GPS oferece cobertura total da Terra em tempo integral, o que pode fornecer dados que complementam os instrumentos de campo de visão limitado existentes que fornecem uma visão menos sinóptica da Terra.

As rápidas mudanças climáticas da região do Árctico estão a causar fenómenos como a diminuição da extensão mínima do gelo marinho (Setembro) em quase 40% desde a década de 19701,2,3. Várias teorias foram desenvolvidas para explicar a taxa mais rápida de aquecimento da região do Ártico (chamada Ártico ou Amplificação Polar) em comparação com o resto da Terra. As razões prováveis ​​por trás da Amplificação do Ártico incluem4 “redução do albedo no verão devido ao gelo marinho e à perda da cobertura de neve, o aumento do conteúdo total de vapor de água na atmosfera do Ártico, mudanças na nebulosidade total no verão, calor adicional gerado pelo gelo marinho recém-formado em áreas abertas mais extensas”. áreas aquáticas no outono, transporte de calor e umidade para o norte e menor taxa de perda de calor do Ártico para o espaço em relação às regiões subtropicais”5,6. A análise baseada em modelos climáticos impulsiona a interpretação e as hipóteses das causas por trás da Amplificação do Ártico. Várias análises descobriram que os feedbacks do albedo do gelo marinho provavelmente estão impulsionando a Amplificação do Ártico7,8,9,10,11,12. O feedback do albedo é devido (1) ao derretimento do gelo marinho que leva ao recuo da camada de gelo, bem como (2) à diminuição da refletividade ou albedo do gelo restante devido ao derretimento da superfície 13,14,15,16,17,18 que muda a refletividade da superfície da neve e do gelo, além de formar lagoas de derretimento pouco refletivas. A maioria das análises do sistema climático reconhece a recessão do gelo marinho como um efeito importante na redução do albedo9,14,19,20, mas o papel da redução do albedo21,22,23 do gelo marinho remanescente é mencionado com menos frequência. Análises recentes de medições abrangentes do albedo do Ártico durante anos suficientes para serem climatologicamente significativas (ou seja, multidecadais) parecem ser poucas.

As medições da luz solar refletida na Terra foram feitas por radiômetros de silício de banda larga pixelados (0,4–1,0 μm, visível a infravermelho próximo ou VNIR) operados pelo governo dos EUA em sete satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS)24 a uma altitude de 20.200 km. Os radiômetros GPS pixelados coletam medições desde 2013 e estão planejados para continuar até 2040. Os dados desses instrumentos podem fornecer um complemento valioso ao projeto do Sistema de Energia Radiante de Nuvens e Terra (CERES) da NASA e outras medições para determinar a radiação da Terra. equilíbrio28,29, fornecendo cobertura total da Terra em tempo integral, com vários satélites visualizando todos os pontos da Terra. O programa CERES possui seis pacotes de radiômetros, FM-1 a FM-6, em quatro satélites em órbitas quase polares quase circulares de baixa altitude. FM-1 e FM-2 estão no satélite Terra, FM-3 e FM-4 estão no satélite Aqua, ambos lançados em 1997 em órbitas de 705 km de altura. O FM-5 está no satélite S-NPP lançado em 2009 e o FM-6 está no NOAA-20 lançado em 2014 em órbitas de 834 km. No momento em que este livro foi escrito (2023), Terra e Aqua podem estar chegando ao fim de sua vida. Cada instrumento CERES possui três canais de radiômetro de resposta espectral uniforme baseados em bolômetro: onda curta (0,3–5,0 mícrons), janela (8–12 mícrons) e total (0,3–100 mícrons). O espectrômetro de imagens de resolução moderada (MODIS)30 imagens hiperespectrais estão no Terra e Aqua e o Visible Infrared Imager-Radiometer Suite (VIIRS)31 imagens hiperespectrais estão no Suomi NPP e NOAA-20. As bandas espectrais MODIS e VIIRS são semelhantes às bandas de imagens meteorológicas geossíncronas de satélite, de modo que as medições CERES podem ser transferidas de CERES para MODIS/VIIRS para imagens meteorológicas para fornecer cobertura radiométrica geográfica e temporal. CERES tem cobertura polar frequente, mas não contínua. Embora os radiômetros GPS tenham uma cobertura espectral mais estreita, descrita em detalhes abaixo, do que o extenso conjunto de instrumentos CERES, os radiômetros GPS podem complementar o CERES com (1) melhor cobertura da Terra em tempo integral para medir a luz solar refletida, particularmente fornecendo dados em tempo integral cobertura das regiões polares não visíveis em órbitas geossíncronas e (2) múltiplas visualizações simultâneas de todos os pontos da Terra para amostrar variações de refletância angular.