Sådan overvåger man klimaet i Arktis
Vi overvåger klimaet i Arktis på flere forskellige måder. Det sker via:
Målinger
Satellitovervågning
Modelberegninger
DATA FRA MÅLINGER
Målinger fra vejrstationer
Langs Grønlands kyster er der DMI-vejrstationer. På iskappen er der automatiske vejrstationer, som bl.a. registrerer temperatur, vind og nedbør. Vejrstationerne er også udstyret med en GPS-sender, så man kan registrere indlandsisens bevægelse ud mod kysten. Det er vigtigt for at få et estimat af massebalancen af isen.
Målinger giver os øjebliksbilleder nede på Jorden. Resultaterne fra disse målinger er blandt andet med til at bekræfte, at vi fortolker satellitternes data på den rigtige måde.
Sådan måler man permafrosten i jorden
Jordtemperaturerne måles kontinuert i de tre byer de tre byer Sisimiut, Kangerlussuaq og Ilulissat i Vestgrønland. Det sker i borehuller i forskellige dybder i jorden, og data bliver downloadet, når målestationerne bliver tilset, og det er typisk en gang om året.
Permafrost for byerne Sisimiut, Kangerlussuaq og Ilulissat.
Kilde: GEUS, Foto: DTU
Billedet viser en is-borekerne fra Sisimiut, september 2007. Permafrostens temperatur i borehullet var nær frysepunktet, da denne borekerne blev taget. Man ser sediment blandet med iskrystaller. Foto: Jens Hesselbjerg Christensen.
ORDLISTE
Et estimat er en anslået værdi af noget, man ikke har målt direkte. Det kan være en anslået værdi af smeltning af Grønlands indlandsis, hvor man estimerer den samlede smeltning af Indlandsisen ud fra viden om og målinger af fx nedbør, smeltevand og gletsjere, der knækker af i havet.
Modelberegning
I modelberegninger bruger man en række kendte data til at beregne værdier af data, man ikke kender eller kan måle direkte. Det kan fx være modelberegninger af havisens tykkelse. Her kan man ikke sætte måleudstyr overalt på havisen for at få kendskab til tykkelse. Men via en modelberegning, der bruger meteorologiske data, kan man få en sandsynlig værdi for tykkelsen.
VEJRSTATIONER PÅ GRØNLANDS INDLANDSIS
I Indlandsisens smelteområder er der omkring 20 vejrstationer. Målestationerne registrerer bl.a. luftens temperatur og mængden af smeltet is. Via disse målestationer kan man få data om Indlandsisens overflademassebalance. Massebalance er balancen mellem den nedbør, der bliver tilført overfladen og den is, der smelter fra overfladen.
Projektet hedder PROMICE og her deltager forskere fra GEUS (De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland). PROMICE står for Programme for Monitoring of the Greenland Ice Sheet / Program til overvågning af den grønlandske indlandsis).
Disse målinger indgår i modeller, som leverer data om både Indlandsisens daglige og akkumulerede overflademassebalance. Modellerne er DMI‘s forskningsvejrmodel for Grønland, Hirlam-Newsnow, og siden 1 juli 2017 HARMONIE-AROME-modellen.
GPS-MÅLINGER AF ISENS BEVÆGELSE
Danske forskere fra DTU Space er med til at måle, hvor hurtigt Indlandsisen bevæger sig fra midten og ud mod havet. Det sker via 200 GPS-målere, som er placeret i Nordøstgrønlands indlandsis.
Overflademassebalance – daglig og Overflademassebalance – akkumuleret.
Billedet viser en af PROMICE-projektets målestationer på Grønlands indlandsis. Foto: promice.org
MÅLING AF TEMPERATUREN I ATMOSFÆREN
Data om temperaturen i atmosfæren får vi ved en kombination af målinger af temperaturen og modelberegninger. Man gennemfører en kort modelberegning. Hvis der er målinger for modelberegningens tidspunkt, så sammenligner man disse data. Hvis modellens output ikke stemmer helt med målingerne, så justerer man modellen, så der er bedre overensstemmelse mellem model og målinger.
Temperaturudvikling
Data fra satellitter
Man kan ikke foretage målinger overalt på Jorden hele tiden. Men satellitter kan overvåge hele Arktis.
Man har brugt satellitobservationer siden 1979. Satellitterne bevæger sig i baner omkring Jorden og har udstyr til at overvåge og observere klimaet på hele Jorden og i Arktis. Data fra satellitterne, hjælper med at få det store overblik over de forandringer, der sker i klimaet.
Solen er den primære kilde til satellitdata
Solen er den primære kilde til den energi og stråling, som satellitterne observerer. Mængden af Solens stråler, som reflekteres fra havets eller jordens overflade afhænger bl.a. af, overfladens albedo (evne til at reflektere solstråler), hvor ru og kuperet overfladen er, og hvilket materiale overfladen består af. Det kan vi bruge til at få indblik i klimaet på Jorden.
Animationen, viser hvordan en af ESAs klimasatellitter bevæger sig rundt om Jorden for at dække hele Jordens flade. Det er satellitten Sentinel 6 fra Copernicus-programmet.
Kilde: esa.int/ESA_Multimedia
Satellitter observerer stråling
Vi mennesker kan kun se det synlige lys. Det synlige lys udgør kun en lille del af et stort spektrum med elektromagnetisk stråling med forskellige bølgelængder fra Solen.
Derfor må man bruge instrumenter og sensorer til at måle alle andre former for elektromagnetiske stråler. Det gælder fx mikrobølger, som vi ikke kan se, men som kan trænge gennem skyer. Derfor bruger mange vejrsatellitter udstyr, der kan måle mikrobølger. Det gælder også infrarød (IR) stråling. Når for eksempel havet og landjorden absorberer synligt lys og ultraviolet stråling fra Solen, bliver noget sendt tilbage til atmosfæren. Det sker nu som infrarød stråling og med en længere bølgelængde end det synlige lys.
Forskellige typer udstyr
Satellitter observerer med forskellige typer af udstyr, og den samme satellit kan have flere typer udstyr med om bord. Det er bl.a.:
Optisk udstyr registrerer synligt lys (bølgelængder fra 380 nm til 750 nm).
Kan ikke trænge gennem skyer.
Termisk udstyr registrer varmestråling inden for det infrarøde område, som er mere langbølget end det synlige lys. (bølgelængder på ca. 700 nm til 1 mm).
Kan ikke trænge gennem skyer.
Radarudstyr registrerer især mikrobølger (bølgelængder fra 1 mm til 1 m) men også radiobølger (bølgelængder fra 1 mm til 100.000 km).
Både mikrobølger og radiobølger kan trænge gennem skyer.
To forskellige typer satellitobservation
Der er overordnet to forskellige måder at måle observere på. Det er passiv og aktiv observation.
Man taler om passiv observation, når man måler den stråling, som Jorden, havet eller atmosfæren reflekterer fra Solen.
Disse sensorer måler bl.a. land- og havoverfladens temperaturer, vegetationens egenskaber, skyer samt egenskaberne ved de små partikler i luften.
De fleste passive systemer bruger sensorer, der måler på elektromagnetisk stråling inden for det synlige, infrarøde, termisk infrarøde område og mikrobølge-området.
I aktiv observation bruger man satellitter, som selv sender stråling ned mod Jorden. Det er typisk i form mikrobølger, som bruges i radarsensorer. Her måler man, hvor effektivt strålerne reflekteres fra en overflade og modtages igen i satellittens udstyr.
Dette udstyr kan trænge gennem atmosfæren under de fleste vilkår. De bruges bl.a. til at måle nedbør, vind, havis og havoverfladen, samt hvordan aerosoler fordeler sig i atmosfæren.
ORDLISTE
Sensorer i satellitter, er måleinstrumenter, som kan måle forskellige forhold på Jorden oppe fra satellitten. Der er forskellige typer af måleinstrumenter. En lang række af de data, satellitterne indsamler, er stråler fra det elektromagnetiske spektrum, som reflekteres fra Jordens eller havets overflade og fra atmosfæren.
Man bruger ordet kuperet til at beskrive et terræn, der har mange bakker.
Elektromagnetiske stråler er stråler med forskellige bølgelængder, frekvenser og energi. Det elektromagnetiske spektrum går fra stråler med lange bølgelængder, som fx radiobølger til stråler med korte bølgelængder, som fx røntgenstråler. Vi mennesker kan kun se en lille del af spektret –det synlige lys. Men vi har udstyr, der kan både måle og udsende de andre typer elektromagnetisk stråling. Et termometer registrerer varmestråling. Røntgenudstyr anvender røntgenstråler til at skabe billeder af kroppen. Og en radiosender udsender radiobølger, som kan opfanges af en radiomodtager. I klimaovervågning bruger man især udstyr, der kan observere synligt lys, termisk stråling og mikro- og radiobølger.
Elektromagnetiske bølger kan have forskellige bølgelængder. En bølgelængde er afstanden mellem to bølgetoppe.
Elektromagnetiske bølger kan have forskellige frekvenser. Frekvensen er antallet af bølgetoppe, der passerer i sekundet.
Infografik: Christina Fromberg. Kilder: NASA Applied Remote Sensing Training Program
OBSERVATION AF HAVISENS UDBREDELSE
Observation af havisens udbredelse
Man har brugt satellitter til at holde øje med havisens udbredelse siden 1979. Man har altså troværdige informationer fra en periode på mere end 40 år.
Danmarks Meteorologiske Institut, DMI, er med til at kortlægge havisens udbredelse. Her bruger man bl.a. data fra satellitterne Sentinel 1A, 1B og 3A og 3B. Projektet, som leverer disse data, hedder OSISAF, som står for ”Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility”.
Satellitter kan ikke ”se” meget små isflader. Derfor kategoriserer man områder som havis, når is-koncentrationen er større end 15 %.
Billedet viser en af de tre Sentinelsatellitter, som er opsendt af ESA (Den Europæiske Rumorganisation) i 2016-2018. De overvåger bl.a. havisen.
Kilde: ESA
Havisens udbredelse (satellitdata) og Havisens tykkelse (modelberegning).
OBS: Der kan være forskelle i iskantens placering i de to kort, ”Havisens udbredelse” og ”Havisens tykkelse og volumen”. Det er, fordi modelberegningerne ikke altid stemmer helt overens med satellitternes registrering af isens udbredelse.
Sentinel-1 satellitterne optager radarbilleder både dag og nat og i al slags vejr. Derfor er disse data særlig gode til at kortlægge havisens udbredelse i de polare egne, hvor det er mørkt hele vinterhalvåret.
Sentinel-3 satellitterne har både optisk og termisk udstyr samt radarudstyr, som giver data, der også kan bruges til at forudsige havstrømme og ekstreme hændelser som stormfloder eller oversvømmelser af kystnære områder.
Observation af havisens alder
Jo længere tid, isflager flyder rundt i Arktis, desto mere bliver de udsat for vind, vejr og havstrømme. Det gør, at isen bliver skubbet sammen, og det gør isen tykkere, og dens overflade bliver mere rå. Den ”unge is” er tyndere og mere glat end ”gammel is”, og disse forskelle kan man estimere ud fra satellitternes observationer. Det er bl.a. Sentinel-1 satellitterne, der overvåger havisens alder. Ud fra satellitternes radarbilleder, der optages over tid, kan man måle ændringer i Jordens og havisens overfladehøjde med en nøjagtighed på få mm.
OBSERVATION AF GRØNLANDS INDLANDSIS MED SATELLITTER
GRACE missionen observerer Grønlands Indlandsis
GRACE-missionen er en satellitmission, som overvåger Grønlands indlandsis. GRACE står for Gravity Recovery and Climate Experiment. I 2018 blev de første GRACE-satellitter (opsendt i 2002) afløst af GRACE-FO, som står for GRACE Follow On. Denne mission er stadig aktiv.
GRACE satellitterne måler ikke stråling inden for det elektromagnetiske spektrum. De måler i stedet på ændringer, der sker i afstanden mellem dem, mens de flyver. Afstanden ændrer sig nemlig ganske lidt, når satellitterne bliver udsat for forskellige mængder tyngdekraft. Tyngdekraften er bestemt af, hvor stor en masse satellitterne flyver hen over. Bjerge og områder med indlandsis har større masse end flad landjord eller hav, og derfor trækker disse områder mere i satellitterne. På den måde kan man bl.a. beregne Indlandsisens masse ved at registrere selv meget små ændringer i afstanden mellem satellitterne.
Figur: GRACE måler ændringer i Jordens tyngdefelt bl.a. i Grønlands indlandsis. Disse ændringer kan omsættes til ændringer i masse. (Kilde: NASA og vildmedrummet.dk).
nasa.gov/missions/gravity-recovery-and-climate-experiment-grace
Indlandsisens massebalance og Masseændring.
GRACE satellitterne overvåger bl.a. tabet af ismasse fra Grønlands Indlandsis og Jordens andre iskapper. De observationer har givet større forståelse af de processer, der indvirker på havniveaustigning og havcirkulation. Kilde: NASA.
SATELLITOBSERVATION AF ALBEDO
På forskellige satellitter findes sensorer, som måler refleksionen af Solens stråler fra landjordens overflade. En af dem er MODIS, som står for Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer. Sensoren giver et mål for en overflades albedo. En høj refleksion af solstråler svarer til en høj albedo. En lav refleksion af solstråler, svarer til en lav albedo. Disse målinger kan ikke foretages i vinterhalvåret, hvor der ikke er direkte solindstråling i Arktis.
Terra , som betyder ”jord”på latin. Terra er en del af NASA’s jordobservationsprogram EOS (Earth Observatory System).
DATA FRA MODELLER
Modelberegninger kan give gode estimater over forhold, som vi ikke direkte kan observere fra satellitter eller måle på Jorden. Satellitter kan fx ikke observere alt. Det er bl.a. ikke muligt at estimere snefald fra satellitter. Og afløb i form af smeltevand til havet (”runoff”) kan slet ikke ses fra rummet. Modelberegninger kan også bruges til at lave fremskrivninger af, hvordan klimaet kan komme til at udvikle sig i fremtiden. I modelberegningerne kan der både indgå data fra satellitter og målinger.
Her kan du læse om, hvilke data der bliver brugt på sitet her, hvordan de bliver indhentet, og hvad de bliver brugt til.
MODELBEREGNINGER AF HAVISENS TYKKELSE
Havisens udbredelse er i dag relativ godt bestemt ud fra satellitdata. Men fordi satellitter ikke kan se gennem isen, er havisens tykkelse ikke lige så godt kendt. Her bruger man modeller til at beregne et realistisk billede af den samlede mængde havis i Arktis. Det er DMI’s hav- og havismodel HYCOM-CICE. Modellen er baseret på meteorologiske data fra ECMWF (European Centre for Medium Range Weather Forecast). Ud fra denne model kan man også beregne havisens totale volumen (rumfang). Det gør man ved at gange havis-udbredelsen med havis-tykkelsen.
Havisens tykkelse (kort) og volumen (graf som viser den årlige variation af havisens volumen på den nordlige halvkugle, eksklusiv Østersøen og Stillehavet).
OBS: Der kan være forskelle i iskantens placering i de to kort, ”Havisens udbredelse” og ”Havisens tykkelse og volumen”. Det er, fordi modelberegningerne ikke altid stemmer helt overens med satellitternes registrering af isens udbredelse.
Billedet viser smeltevandsfloder på overfladen af Indlandsisen. Foto: GEUS.
SIMULERINGER OG MODELLER AF ISENS SMELTNING OG TILFØRSEL GENNEM SNEFALD
DMI foretager daglige beregninger af, hvor meget is eller vand Indlandsisen ophober (gennem snefald) eller afgiver (gennem smeltning). Ud fra disse beregninger kan man få et samlet mål for, hvordan overflademassebalancen udvikler sig over hele Indlandsisen. Disse simuleringer bliver udført i en forskningsvejrmodel for Grønland, som hedder HARMONIE-AROME. Modellen tager højde for snefald, afsmeltning af sne og smeltning af is uden snedække, genfrysning af smeltevand samt sne, der fordamper uden at smelte først (sublimation).
Overflademassebalance – daglig og ”Overflademassebalance – akkumuleret
Data fra PROMICE bruges i en model, der simulerer Indlandsisens tilstand.
ORDLISTE
Man bruger bl.a. simulering, når man har brug for at få overblik over noget, som man ikke måle på eller undersøge effektivt nok i virkeligheden. Så forsøger man via fx modelberegninger at efterligne det, man ønsker at undersøge – det kan fx være, hvordan Grønlands indlandsis udvikler sig.