Medidas de temperatura por satélite

Las mediciones de temperatura por satélite son inferencias de la temperatura de la atmósfera a diversas altitudes, así como de las temperaturas de la superficie del mar y la tierra obtenidas a partir de mediciones radiométricas realizadas por satélites . Estas mediciones se pueden utilizar para localizar frentes meteorológicos , monitorear El Niño-Oscilación del Sur , determinar la fuerza de los ciclones tropicales , estudiar islas de calor urbano y monitorear el clima global. Los incendios forestales , los volcanes y los puntos calientes industriales también se pueden encontrar a través de imágenes térmicas de los satélites meteorológicos.

Tendencias de la temperatura atmosférica de 1979 a 2016 basadas en mediciones satelitales; troposfera arriba, estratosfera abajo.

Los satélites meteorológicos no miden la temperatura directamente. Miden radiancias en varias bandas de longitud de onda . Desde 1978, las unidades de sondeo de microondas (MSU) de los satélites en órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente del oxígeno atmosférico , que está relacionada con la temperatura de amplias capas verticales de la atmósfera. Desde 1967 se han recopilado medidas de radiación infrarroja relativas a la temperatura de la superficie del mar.

Los conjuntos de datos satelitales muestran que durante las últimas cuatro décadas la troposfera se ha calentado y la estratosfera se ha enfriado. Ambas tendencias son consistentes con la influencia del aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero .

Los satélites no miden la temperatura directamente. Miden radiancias en varias bandas de longitud de onda, que luego deben invertirse matemáticamente para obtener inferencias indirectas de temperatura. [1] [2] Los perfiles de temperatura resultantes dependen de los detalles de los métodos que se utilizan para obtener temperaturas a partir de radiancias. Como resultado, diferentes grupos que han analizado los datos satelitales han producido diferentes conjuntos de datos de temperatura.

La serie temporal de los satélites no es homogénea. Está construido a partir de una serie de satélites con sensores similares pero no idénticos. Los sensores también se deterioran con el tiempo y son necesarias correcciones para la desviación y la desintegración orbital. [3] [4] Las diferencias particularmente grandes entre las series de temperaturas reconstruidas ocurren en los pocos momentos en que hay poca superposición temporal entre satélites sucesivos, lo que dificulta la intercalibración. [ cita requerida ] [5]

Medidas de superficie

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Anomalías de la temperatura de la superficie terrestre para un mes determinado en comparación con la temperatura promedio a largo plazo de ese mes entre 2000-2008. [6]
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Anomalías de la temperatura de la superficie del mar durante un mes determinado en comparación con la temperatura media a largo plazo de ese mes desde 1985 hasta 1997. [7]

La radiación infrarroja se puede utilizar para medir la temperatura de la superficie (utilizando longitudes de onda de "ventana" a las que la atmósfera es transparente) y la temperatura de la atmósfera (utilizando longitudes de onda para las que la atmósfera no es transparente, o midiendo las temperaturas de la cima de las nubes en ventanas de infrarrojos).

Los satélites utilizados para recuperar las temperaturas de la superficie mediante la medición de infrarrojos térmicos en general requieren condiciones libres de nubes. Algunos de los instrumentos incluyen el radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR), los radiómetros de barrido a lo largo de la trayectoria (AASTR), el conjunto de radiómetros de imágenes infrarrojas visibles (VIIRS), la sonda infrarroja atmosférica (AIS) y el espectrómetro de transformada de Fourier ACE (ACE ‐ FTS). ) en el satélite canadiense SCISAT-1 . [8]

Los satélites meteorológicos han estado disponibles para inferir información sobre la temperatura de la superficie del mar (SST) desde 1967, y los primeros compuestos globales ocurrieron durante 1970. [9] Desde 1982, [10] los satélites se han utilizado cada vez más para medir la SST y han permitido su uso espacial y temporal. variación para ser vista más completamente. Por ejemplo, los cambios en la SST monitoreados vía satélite se han utilizado para documentar la progresión de El Niño-Oscilación del Sur desde la década de 1970. [11]

En tierra firme, la recuperación de la temperatura a partir de radiancias es más difícil debido a la falta de homogeneidad en la superficie. [12] Se han realizado estudios sobre el efecto isla de calor urbano a través de imágenes de satélite. [13] El uso de imágenes de satélite infrarrojas avanzadas de muy alta resolución se puede utilizar, en ausencia de nubosidad, para detectar discontinuidades de densidad ( frentes meteorológicos ) como frentes fríos a nivel del suelo. [14] Usando la técnica de Dvorak , las imágenes de satélite infrarrojas pueden usarse para determinar la diferencia de temperatura entre el ojo y la temperatura de la cima de la nube de la nubosidad central densa de ciclones tropicales maduros para estimar sus vientos máximos sostenidos y sus presiones centrales mínimas . [15]

A lo largo de la pista, los radiómetros a bordo de los satélites meteorológicos son capaces de detectar incendios forestales, que aparecen en la noche como píxeles con una temperatura superior a 308 K (95 ° F). [16] El espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada a bordo del satélite Terra puede detectar puntos calientes térmicos asociados con incendios forestales, volcanes y puntos calientes industriales. [17]

La sonda infrarroja atmosférica del satélite Aqua, lanzada en 2002, utiliza la detección de infrarrojos para medir la temperatura cercana a la superficie. [18]

Medidas de estratosfera

Las mediciones de la temperatura estratosférica se realizan con los instrumentos de la Unidad de Sondeo Estratosférico (SSU), que son radiómetros infrarrojos (IR) de tres canales. [19] Dado que esto mide la emisión infrarroja del dióxido de carbono, la opacidad atmosférica es más alta y, por lo tanto, la temperatura se mide a una altitud mayor (estratosfera) que las mediciones de microondas.

Desde 1979, las unidades de sondeo estratosférico (SSU) de los satélites operacionales de la NOAA han proporcionado datos de temperatura estratosférica casi global por encima de la estratosfera inferior. El SSU es un espectrómetro de infrarrojo lejano que emplea una técnica de modulación de presión para realizar mediciones en tres canales en la banda de absorción de dióxido de carbono de 15 μm. Los tres canales usan la misma frecuencia pero diferente presión de celda de dióxido de carbono, las funciones de ponderación correspondientes alcanzan un máximo de 29 km para el canal 1, 37 km para el canal 2 y 45 km para el canal 3. [20] [ aclaración necesaria ]

El proceso de derivar tendencias a partir de la medición de SSU ha resultado particularmente difícil debido a la deriva del satélite, la intercalibración entre diferentes satélites con escasa superposición y las fugas de gas en las celdas de presión de dióxido de carbono del instrumento. Además, dado que las radiancias medidas por las SSU se deben a la emisión de dióxido de carbono, las funciones de ponderación se mueven a altitudes más altas a medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la estratosfera. Las temperaturas de la estratosfera media a alta muestran una fuerte tendencia negativa intercalada por el calentamiento volcánico transitorio después de las erupciones volcánicas explosivas de El Chichón y el Monte Pinatubo , se ha observado poca tendencia de temperatura desde 1995. El mayor enfriamiento ocurrió en la estratosfera tropical consistente con Brewer-Dobson mejorado aumenta la circulación bajo concentraciones de gases de efecto invernadero. [21] [se necesita fuente no primaria ]

El enfriamiento estratosférico más bajo es causado principalmente por los efectos del agotamiento del ozono con una posible contribución del aumento del vapor de agua estratosférico y el aumento de los gases de efecto invernadero. [22] [23] Ha habido una disminución en las temperaturas estratosféricas, intercaladas por los calentamientos relacionados con las erupciones volcánicas. La teoría del calentamiento global sugiere que la estratosfera debería enfriarse mientras que la troposfera se calienta. [24]

Cima de la estratosfera (TTS) 1979–2006 tendencia de temperatura.

El enfriamiento a largo plazo en la estratosfera inferior ocurrió en dos pasos descendentes en la temperatura tanto después del calentamiento transitorio relacionado con las erupciones volcánicas explosivas de El Chichón como del Monte Pinatubo , este comportamiento de la temperatura estratosférica global se ha atribuido a la variación de la concentración de ozono global en los dos. años después de las erupciones volcánicas. [25]

Desde 1996, la tendencia es ligeramente positiva [26] debido a la recuperación de ozono yuxtapuesta a una tendencia de enfriamiento de 0,1 K / década que es coherente con el impacto previsto del aumento de los gases de efecto invernadero. [25]

La siguiente tabla muestra la tendencia de la temperatura estratosférica de las mediciones de SSU en las tres bandas diferentes, donde la tendencia negativa indica enfriamiento.

CanalComienzoFecha final ESTRELLA v3.0

Tendencia mundial
(K / década) [27]

TMS 1978-112017-01−0,583
TUS 1978-112017-01−0,649
TTS 1979-072017-01−0,728

Medidas de la unidad de sondeo por microondas (MSU)

Funciones de ponderación de MSU basadas en la atmósfera estándar de EE . UU .

De 1979 a 2005, las unidades de sondeo de microondas (MSU) y desde 1998 las unidades de sondeo de microondas avanzadas en los satélites meteorológicos de órbita polar de la NOAA han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente del oxígeno atmosférico . La intensidad es proporcional a la temperatura de amplias capas verticales de la atmósfera . La radiancia ascendente se mide a diferentes frecuencias; estas diferentes bandas de frecuencia muestrean un rango ponderado diferente de la atmósfera. [28]

La Figura 3 (derecha) muestra los niveles atmosféricos muestreados por diferentes reconstrucciones de longitud de onda de las mediciones de satélite, donde TLS, TTS y TTT representan tres longitudes de onda diferentes.

Otras medidas de microondas

La nave espacial Aura , el Microwave Limb Sounder , utiliza una técnica diferente , que mide la emisión de microondas horizontalmente, en lugar de apuntar al nadir. [8]

Las mediciones de temperatura también se realizan mediante la ocultación de señales GPS. [29] Esta técnica mide la refracción de las señales de radio de los satélites GPS por la atmósfera terrestre, lo que permite medir los perfiles verticales de temperatura y humedad.

Las misiones de ciencia planetaria también realizan mediciones de temperatura en otros planetas y lunas del sistema solar, utilizando tanto técnicas de infrarrojos (típicas de misiones orbitadoras y de sobrevuelo de planetas con superficies sólidas) como técnicas de microondas (más utilizadas para planetas con atmósferas). Los instrumentos de medición de temperatura infrarrojos utilizados en misiones planetarias incluyen mediciones de temperatura de la superficie tomadas por el instrumento del espectrómetro de emisión térmica (TES) en Mars Global Surveyor y el instrumento Diviner en el Lunar Reconnaissance Orbiter ; [30] y mediciones de temperatura atmosférica tomadas por el espectrómetro infrarrojo compuesto en la nave espacial Cassini de la NASA . [31]

Los instrumentos de medición de la temperatura atmosférica por microondas incluyen el Radiómetro de Microondas en la misión Juno a Júpiter.

  • Sonido atmosférico
  • Registro de temperatura instrumental
  • Temperatura de la superficie del mar
  • Registro de temperatura

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  • Un gráfico que compara los registros de superficie, globos y satélites (archivo de 2007)
  • Tendencias de temperatura en la atmósfera inferior: Pasos para comprender y conciliar las diferencias Síntesis y evaluación del CCSP Producto 1.1
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