מעקב אחר נסיגת הקרחון באנטארקטיקה ובגרינלנד עם תמונות לוויין

תמונות לוויין הפכו לכלים חיוניים למעקב אחר נסיגת הקרחון באנטארקטיקה ובגרינלנד, המציעות נופים חסרי תקדים של נופים קפואים המרוחקים ביותר של כדור הארץ.המקיפים את המצפה לשמירת נתונים מפורטים, חוזרים על שינויים בגודל הקרחונים, מהירות ומיקום לאורך זמן, ומספקים מדענים עם תיעוד מתמשך של איך הגופים העצומים הללו מגיבים לעולם התחממות.עבור חוקרים הלומדים אזורי קוטבי, תמונות לוויין מציעות רק אמצעי מעשי למעקב אחר מצבים מורכבים, שבהם הם מאתגרים, ואפקטים של טכנולוגיות אקלים, מאתגרות, ואפקטיביות, מאתגרות, ואפקטים, ואפקטים, על פני אזורים אלה, ואפקטיביות, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני השטח, מאתגרות, על פני כדור הארץ, על פני כדור הארץ, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, ואפקטים, על פני השטח של אקלים, על פני כדור הארץ, ואפקטיביות, ואפקטים, על פני כדור הארץ, על פני השטח של אקלים, על פני כדור הארץ, על פני השטח של אקלים, על פני השטח של טכנולוגיות אקלים, על פני השטח של אקלים, על פני השטח של אקלים, וחוקרים מאתגרות

התפקיד הקריטי של איומי לוויין ב- Polar Research

אנטארקטיקה וגרינלנד יחד מחזיקים כ-99 אחוזים מהקרח המתוק בעולם.ההתנהגות של הקרחונים שלהם משפיעה ישירות על רמות הים הגלובליות, דפוסי זרימת האוקיינוס ומערכות האקלים.דמיית לוויין מספקת את הכיסוי המקיף הדרוש כדי לפקח על גליונות קרח עצומים אלה, אשר משתרע על מיליוני קילומטרים רבועים.ללא טכנולוגיית לוויין, מדענים יהיו מוגבלים למדידות קרקעיות ספוי וסקרים אוויריים מדי פעם, מה שמשאיר פערים משמעותיים בהבנה כיצד הקרחונים האלה מתפתחים.

תצפיות לוויין מאפשרות ניטור רציף ללא תנאי מזג אוויר או שעות אור יום.טכנולוגיית חיישן מודרנית מאפשרת לחוקרים ללכוד נתונים באמצעות כיסוי ענן ובלילות הקוטב הארוך, להבטיח רשומות עקביות לאורך כל השנה.משמשכיות זמניות זו חיונית לגילוי שינויים מהירים כגון אירועים מקיפים, האצה של זרימת קרח, מחזורי התכה עונתיים.המדת נתונים אלה תומכים במודלים של פרויקטים עתידיים עלייה בים וממשלות שיסייעו לקהילות להשפעות החוף.

הערך של תמונות לוויין משתרע מעבר למחקר מדעי. קובעי מדיניות מסתמכים על נתונים מודרנים לווייניים לקבל החלטות מושכלות לגבי הפחתה והתאמה לאקלים. הגופים הבינלאומיים כגון הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) משתמשים בתצפיות לוויין כמקור עיקרי לראיות בדוחות ההערכה שלהם.הנתונים תומכים גם בפעילויות מבצעיות, כולל בטיחות ניווט במים ובתכנון באזורים שנפגעו מתנאי קרח משתנים.

שיטות של שינוי הקרחון של מעקב מהחלל

צילום: Optical Satellite Imagery

חיישנים אופטיים ללכוד אור גלוי וקרוב-אדום משתקף מן פני האדמה.תמונות אלה לספק פרטים חזותיים ברזולוציה גבוהה של גבולות הקרחון, crevases, מזכרות, ותכונות להמיס משטחים.לוויינים כגון סדרות לנדסאט של נאס"א ו-Senstinel-2 של סוכנות החלל האירופית מספקים תמונות מרחביות החל מ -10 עד 30 מטר לכל פיקסל, ומאפשרים למדענים למדוד את הקרחונים, תוך כדי חישוב שינויים מדויקים, בתקופות של קרחונים, ורמות שונות.

תמונות אופטיות שימושיות במיוחד ליצירת ממציאים קרחונים ומיפוי שינויים עונתיים כדי decadal לוחות זמנים. עם זאת, חיישנים אלה תלויים באור השמש ושמיים ברורים, אשר מגבילים את יעילותם במהלך החורף הקוטביים ובתנאים מעוננים. כדי להתגבר על המגבלות הללו, מדענים משלבים נתונים אופטיים עם סוגים אחרים של חיישן ולהשתמש בטכניקות עיבוד תמונה כדי למקסם את המידע הניתן על ידי כל סצנה.

Radar ו Synthetic Aperture Radar (SAR)

חיישנים רדאר פולטים אותות מיקרוגל שחודרים כיסוי ענן ופועלים באופן עצמאי מאור השמש.מערכות ספקטרום סינתטי (SAR) כגון אלה על לווייני Sentinel-1 של סוכנות החלל האירופית ומשימה טרה-X הגרמנית, לספק יכולות הדמיה של כל-כך, יום-לילה חיוני ניטור קוטבי.

נתונים SAR הם בעלי ערך מיוחד למדידת מהירות הקרחון באמצעות טכניקה הנקראת מעקב או אינטרפרומטריה. על ידי השוואת תמונות מכ"ם שנרכשו ימים או שבועות בנפרד, מדענים יכולים לחשב כמה קרחונים מהירים נעים, חושף שינויים בדינמיקה זרימה כי לעתים קרובות precede הנסיגה משמעותית. Radar גם ללכוד אירועי מדף קרח מקיפים את השבר של תוכניות קרח כי אבל קרחונים של קרחונים, מתן התראה מוקדמת של חוסר יציבות.

לייזר אל-זמן ומדדי אלביעה

לייזר לוויין אלטררס, כגון משימת ICESat-2 של נאס"א, הדופק לייזר אש על פני כדור הארץ ומדיד את הזמן שלוקח כדי להחזיר את האור. המדידות הללו מניבות נתונים מדויקים של גובה גבוה, ומאפשרות למדענים לזהות שינויים בעובי קרחונים לאורך זמן. לייזר של ICESat-2 של ICESat-2-countn-counting יכול למדוד שינויים על פני השטח בתוך ס"מ, מה שהופך אותו אפשרי לעקוב אחר אובדן קרח על פני כל הזמן עם דיוק יוצא דופן.

מדידות לייזר חוזרות ונשנות של אל-נסי חושף היכן קרחונים דקים ובאיזה שיעור הנתונים האלה קריטיים לחישוב האיזון ההמוני של גליונות קרח - בין אם הם צוברים או מפסידים קרח בכלל.כאשר משולבים עם מדידות מהירות מכ"ם ומידות מדימוי אופטי, לייזר אלטרי מספק תמונה מלאה של קרחונים ותרומתם לגבהים ים.

ניתוח זמן ושינוי זיהוי אלגוריתמים

ניטור לוויין מודרני מבוסס על שיטות חישוביות מתוחכמות כדי להפיק מידע משמעותי מארכיון תמונות עצום.זמן-סדרה טכניקות ערימה תמונות מרובות שנרכשו במשך חודשים או שנים כדי לזהות מגמות ו anomalies. Change אלגוריתמים זיהוי באופן אוטומטי להשוות תמונות ממועדים שונים, מדגיש אזורים שבהם גבולות הקרחון השתנו, תכונות פני השטח השתנו, או סדקים חדשים הופיעו.

גישות למידה מכונות ולמידה עמוקה מוחלות יותר ויותר על ניתוח תמונות לוויין.רשתות נילי המוכשרות על תמונות קרחונים מתוייגות יכול לזהות חזיתות מקיפים, אגמים על פני השטח, לזהות שינויים בכיסוי משטח עם מהירות יוצאת דופן ועקביות. כלים אלה מאפשרים למדענים לעבד את נפח גדל והולך של נתונים לווייני ביעילות להתמקד את תשומת הלב שלהם על אזורים מנוסים את השינוי המהיר ביותר.

תצפית לוויין עדכנית של קרחון טרייגה באנטארקטיקה

גיליון הקרח של אנטארקטיקה מכיל מספיק מים קפואים כדי להעלות את רמות הים הגלובליות בכ-58 מטרים אם זה היה להמיס לחלוטין. בעוד שהיתוך מוחלט אינו מתקרב, נתונים לווייניים במהלך שני העשורים האחרונים חשפו אובדן קרח מצטבר, במיוחד במערב אנטארקטיקה ובחצי האי האנטארקטי.היבשת מאבדת קרח בקצב ממוצע של כ-150 מיליארד טון בשנה, עם שיעור הגדל לאורך זמן.

קרחון תאווה וים אמונדנסן

קרחון תוואמיט, המכונה לעתים קרובות "קרחונים יום יום", קיבל תשומת לב אינטנסיבית ממאמצי ניטור לווייניים. ממוקם ב- Amundsen Sea Embayment של מערב אנטארקטיקה, Thwaites הוא בערך בגודל של פלורידה ומרוקן אזור עצום של ה- Westאנטארקטיקה קרח Sheet. Satellite מכ"ם לייזר ומדידות לייזר altime להראות כי Thwaites כבר דקה ונסיגה בקצב מאיץ של 14 ק"מ.

תמונות לוויין עדכניות תיעדו את היווצרות וההתרחבות של סדקים וסדקים על פני מדף הקרח הצף של טאויטים.תכונות אלה הן מבשרים לאירועים המקיפים של הקרחון שיכולים לערעור את המדף ולהקטין את היכולת שלו להחזיק בחזרה את הקרח הזרם. חוקרים באמצעות נתונים אופטיים ורדאר הראו כי מים חמים באוקיינוס מתמיסים את הקרחון מתחת, מעד את הקרח ומאפשרים לקרח לזרום במהירות אל הים לכיוון הים.

האי קרחונים

קרחון פין השכנה הראה גם שינויים דרמטיים גלויים מהחלל.תמונות לוויין חושפים אירועים גדולים של קרחברג בשנת 2017, 2023, שכל אחד מהם הסיר חלקים ניכרים של שפת הקרח הצף של הקרחון. Radar מציין כי מהירות זרימת הקרחונים עלתה ב -70% מאז שנות ה-70, ושורה הקרקעית שלה נסוגה על פני כמה קילומטרים.

ניתוח של תמונות אופטיות מ Landsat ו Sentinel-2 מראה כי פני השטח של הקרחון הופכים להיות יותר שבור, עם אזורים נרחבים של שריפת כי מציע נחלש מבניים. מדענים משתמשים בתצפיות אלה כדי מודל כיצד קרחון אי פין יתפתח ויעריך את הפוטנציאל להתמוטטות קטסטרופלית של המבצר המערבי של הקרח האנטארקטי.

איסט אנטארקטיקה Glacier Outlets

בעוד מערב אנטארקטיקה חווה את השינויים הדרמטיים ביותר, ניטור לווייני זיהה גם נסיגה במזרח אנטארקטיקה.טולטן, אחד הקרחונים הגדולים ביותר באיסטרקטיקה, הראה דקירה וריצוף קו נסיגה בתגובה לטיולים מים חמים באוקיינוס. לייזר לוויין אלטר מ ICESat-2 חושף אזורים של אובדן גובה משמעותי, במיוחד כאשר הקרחונים אינטראקציה עם האוקיינוס.

תצפית לוויין של Glacier Retreat

גיליון הקרח של גרינלנד מאבד קרח בקצב מאיץ, תורם כ-0.0 מ"מ לרמה הים העולמית עולה מדי שנה.נתוני לוויין כבר לא היו חשובים בתיעוד נרחב של קרחונים של מים גאות לאורך חופי גרינלנד, עם כמה קרחונים נסוגים על ידי כמה קילומטרים בעשור.

קרחון דרום מזרח גרינלנד

דרום מזרח גרינלנד מכיל כמה מהקרחונים המהירים ביותר ומשתנים במהירות על האי. Satellites עקבו אחר הנסיגה של קרחונים כגון Helheim, Kangerlussuaq, ו-Kolshavn Isbrae, אשר מרוקנים חלקים גדולים של גיליון הקרח.דמית אופטית מראה כי קרחונים אלה נסוגו עשרות קילומטרים מעמדותיהם בתחילת שנות ה-2000, עם עלייה מתאימה בזרימה וקצב דק.

יעקבסבאן איסברה, פעם הקרחון המהיר ביותר של גרינלנד, חווה תקופה של נסיגה מהירה בין 2000 ל-2016 מדידות מכ"ם לוויין המתעדות מהירויות של מעל 40 מטרים ביום במהלך שיאו. בשנים האחרונות, הקרחון האט ורך מעט בשל קירור מים באוקיינוס במפרץ דיסקקו, אך המגמה הכוללת נותרה אחד מאובדן המוני.

הנחתים נגד קרחון יבשתי

נתונים של לווין עזרו למדענים להבחין בין סוגים שונים של קרחונים לבין התגובות שלהם לאקלים, מה שבסופו של דבר באוקיינוס, רגישים במיוחד לטמפרטורת האוקיינוס ולזרמים.תמונות לוויין מראות כי הקרחונים האלה נסוגים מהר יותר מאשר קרחונים ארוכי טווח, אשר בסופו של דבר על היבשה.הבדל זה נובע כי מים חמים ממיסים את פני הים התת-ימיים של קרחונים ארוכי טווח ימיים, תוך קרחונים מתפתלים ומחסימים אותם מתחת לקרחים.

קרחונים ארוכי טווח, בעוד פחות רגישים לאוקיינוס, עדיין מאבדים מסה דרך משטח התכה.תמונות אופטיות וחיישנים תרמיים לעקוב אחר היקף ומשך הקיץ נמס על פני משטח הקרח של גרינלנד בשנים האחרונות, לווינים הקליטו התכה בפסגה של גיליון הקרח, אירוע קיצוני שהתרחש רק לעתים רחוקות בעבר.

התפקיד של gacial Fjords ו- Bathymetry

נתונים מודרנים על נסיגה קרחונים כבר בשילוב עם מיפוי ים כדי להבין כיצד גיאומטריה fjord משפיעה על התנהגות הקרחון.מחקר באמצעות צילומי לוויין לצד סקרים מרחץ ארומטי מראה כי קרחונים רבים גרינלנד נסוגו מעבר מיטות לאחור, שבו קרקעית הים מתחזקת יותר כמו הקרחון נסוגים באדמה.גאומטריה זו יכולה להוביל במהירות, לא יציבה כמו מים חמים נסוגים עבה קרח.

שילוב נתונים משני אזורי Polar

תצפיות לוויין מאנטארקטיקה וגרינלנד מספקות תצוגה מקיפה של אובדן קרח גלובלי.שני האזורים מראים כי עלייה בהפסדים המוניים עקביים עם התחממות אטמוספרי וטמפרטורות האוקיינוס.עם זאת, הבדלים חשובים קיימים.אנטארקטיקה מפסידה בעיקר באמצעות התכה מונעת של מדפים קרח וקרחונים מחוץ לים, בעוד אובדן הקרח של גרינלנד נובע משילוב של התחממות פני השטח ודינמיקה ימית.

מדידות כוח הכבידה של GRACE ו- GRACE-FO היו קריטיות להצגת שינויים במסת קרח כוללת.לוויינים אלה מזהים וריאציות זעירות בתחום הכבידה של כדור הארץ שנגרמו על ידי העברת המוני קרח.נתוני הכבידה מראים כי שני גליונות הקרח מאבדים מסה בגידול שיעורי מאז תחילת שנות ה -2000, עם הפסדים משולבים מעל 500 מיליארד טון בשנה האחרונה.

השלכות על עליית ים גלובלית

הנסיגה של קרחונים באנטארקטיקה וגרינלנד יש השלכות ישירות על קהילות החוף ברחבי העולם.תחזיות נוכחיות מראות כי תרומות של גיליון הקרח יכולות להעלות את רמות הים הגלובליות ב- 0.3 עד 1.0 מטרים עד 2100, בהתאם לתרחישים פליטה.הנתונים הלוויין חיוני לאימות ושיפור התחזיות הללו. על ידי מתן תצפיות של התנהגות קרחונים בפועל, לוויינינים מאפשרים למדענים לבחון ולחדד את המודלים תחת תחזיות פלספן.

תצפיות לוויין האחרונות חשפו תהליכים שלא נכללו בעבר במודלים, כגון הנסיגה המהירה של קרחונים ארוכי טווח ימיים על פני מיטות לאחור ו הידרו-הההדק של מדפים קרח על ידי מים נמסים.שילוב תהליכים אלה למודלים הוביל לתחזיות גבוהות יותר של עליית פני הים בעתיד.המשך ניטור לוויין יהיה צורך לעקוב אם תהליכים אלה יזרזו עוד יותר ולספק התראה מוקדמת של פוטנציאל בנקודות קצה של מערכת הקרח.

כיוונים עתידיים בגליון לוויין

משימות לוויין חדשניות

כמה משימות לוויין חדשות מתוכננות או בפיתוח אשר ישפר את יכולתנו לפקח על נסיגת הקרחון.משימה של נאס"א, פרויקט משותף עם ISRO, ישתמש מכ"ם כפול- ⁇ כדי למדוד שינויים על פני השטח עם פתרון חסר תקדים ותדירות.משימות התרחבות קופרניוס של סוכנות החלל האירופית, כולל CHIME ו- CIMR, יספקו יכולות משופרות למעקב אחר מאזן קרח ונכסים.

ההשקה של לווייני hyperspectral תאפשר למדענים לזהות סוגים שונים של קרח, שלג והריסות על פני השטח של הקרחון.חיישנים אלה יכולים להבחין בין קרח נקי, קרח מלוכלך, קרח מכוסה אצות, ותכונות מים מתמוססות, לספק תובנות לתוך התהליכים המניעים שינוי הקרחון. בשילוב עם המשך הפעולה של תוכניות לוויין קיימות, משימות חדשות אלה ייווצרו מערכת מקיפה התבוננות עבור קרח.

התקדמות בעיבוד נתונים וגישה

נפח הנתונים הלווין הזמינים עבור ניטור קרחונים גדל באופן אקספוננציאלי.ענן מבוסס פלטפורמות ומדיניות נתונים פתוחה הופכת את הנתונים לנגישים לחוקרים ברחבי העולם. צינורות עיבוד אוטומטיים החלים אלגוריתמי למידת מכונה לדימויים לוויין הופכים לכלים סטנדרטיים לניטור קרחונים.מערכות אלה יכולות לזהות ולמפות חזיתות מקיפים, לחשב מהירויות קרחונים, ולזהות תכונות פני פני אלפי קרחונים תוך דקות, משימה שתנקוט שנים אנליסטים שלמים.

שיתופי פעולה בינלאומיים כגון FLT:0 (Copernicus ProgrameurFLT) 1:1 ו- (FLT:2Landsat Science TeamsofLT 3) ממשיכים לשפר את רמת הגישה והעיבוד של הנתונים.TheFLT:4NASA MEaSUREs Program FLT:5 מספק מוצרי מהירות קרחונים מתמונה לווייניאלית.

מדע האזרח והנתונים הפתוחים

מעורבות ציבורית עם תמונות לוויין גדלה באמצעות פלטפורמות המאפשרות למתנדבים לסייע במיפוי קרחונים.פרויקטים כגון:0 ânbiliers.orgirFLT:1 ויוזמות חינוכיות אחרות לספק גישה לתמונות לוויין וחומרים אימונים. מדעני אזרחי יכולים לעזור לזהות תכונות הקרחון, לאמת סיווגים אוטומטיים ולתרום ניטור של אזורים מרוחקים.

מסקנה

תמונות לוויין שינו את ההבנה שלנו של נסיגת הקרחון באנטארקטיקה ובגרינלנד, מכשירים אלה המסלולים מספקים את התצפיות עקביות בקנה מידה גדול הדרושים כדי לעקוב אחר שינויים במקומות המרוחקים והבלתי נגישים ביותר על פני כדור הארץ.הנתונים שהם אוספים חושפים אובדן קרח, שינוי דינמיקות הקרחון, וההשפעה העמוקה של שינויי האקלים באזורים הקוטביים.