Satellite temperature measurements are inferences of the temperature of the atmosphere at various altitudes as well as sea and land surface temperatures obtained from radiometric measurements by satellites. These measurements can be used to locate weather fronts, monitor the El Niño-Southern Oscillation, determine the strength of tropical cyclones, study urban heat islands and monitor the global climate. Wildfires, volcanos, and industrial hot spots can also be found via thermal imaging from weather satellites.
Weather satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands. Since 1978 microwave sounding units (MSUs) on National Oceanic and Atmospheric Administration polar orbiting satellites have measured the intensity of upwelling microwave radiation from atmospheric oxygen, which is related to the temperature of broad vertical layers of the atmosphere. Measurements of infrared radiation pertaining to sea surface temperature have been collected since 1967.
Satellite datasets show that over the past four decades the troposphere has warmed and the stratosphere has cooled. Both of these trends are consistent with the influence of increasing atmospheric concentrations of greenhouse gases.
Satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands, which must then be mathematically inverted to obtain indirect inferences of temperature.[1][2] The resulting temperature profiles depend on details of the methods that are used to obtain temperatures from radiances. As a result, different groups that have analyzed the satellite data have produced differing temperature datasets.
The satellite time series is not homogeneous. It is constructed from a series of satellites with similar but not identical sensors. The sensors also deteriorate over time, and corrections are necessary for orbital drift and decay.[3][4][5] Particularly large differences between reconstructed temperature series occur at the few times when there is little temporal overlap between successive satellites, making intercalibration difficult.[citation needed][6]
La radiación infrarroja se puede utilizar para medir tanto la temperatura de la superficie (utilizando longitudes de onda de "ventana" a las que la atmósfera es transparente) como la temperatura de la atmósfera (utilizando longitudes de onda para las que la atmósfera no es transparente, o midiendo las temperaturas de las cimas de las nubes en ventanas infrarrojas).
Los satélites utilizados para recuperar temperaturas de la superficie mediante mediciones de infrarrojos térmicos generalmente requieren condiciones sin 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 (AIRS) y el espectrómetro de transformada de Fourier ACE (ACE-FTS). ) en el satélite canadiense SCISAT-1 . [9]
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. [10] Desde 1982, [11] los satélites se han utilizado cada vez más para medir la TSM y han permitido su medición espacial y temporal. variación para ser vista más completamente. Por ejemplo, los cambios en la TSM monitoreados vía satélite se han utilizado para documentar la progresión de El Niño-Oscilación del Sur desde la década de 1970. [12]
En tierra firme, la recuperación de la temperatura a partir de las radiaciones es más difícil debido a las faltas de homogeneidad en la superficie. [13] Se han realizado estudios sobre el efecto isla de calor urbano a través de imágenes de satélite. [14] Utilizando la técnica fractal, Weng, Q. et al. caracterizó el patrón espacial de la isla de calor urbana. [15] El uso de imágenes satelitales infrarrojas avanzadas de muy alta resolución puede utilizarse, en ausencia de nubosidad, para detectar discontinuidades de densidad ( frentes climáticos ), como frentes fríos a nivel del suelo. [16] Utilizando la técnica Dvorak , se pueden utilizar imágenes satelitales infrarrojas para determinar la diferencia de temperatura entre el ojo y la temperatura superior de la nube del denso nublado central de ciclones tropicales maduros para estimar sus vientos máximos sostenidos y sus presiones centrales mínimas . [17]
Los radiómetros de barrido a lo largo de la trayectoria a bordo de los satélites meteorológicos pueden detectar incendios forestales, que aparecen por la noche como píxeles con una temperatura superior a 308 K (35 °C; 95 °F). [18] 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. [19]
La sonda infrarroja atmosférica del satélite Aqua , lanzada en 2002, utiliza detección infrarroja para medir la temperatura cercana a la superficie. [20]
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. [21] Dado que esto mide la emisión infrarroja del dióxido de carbono, la opacidad atmosférica es mayor 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 operativos 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 utilizan la misma frecuencia pero diferente presión de celda de dióxido de carbono, las funciones de ponderación correspondientes alcanzan su punto máximo a 29 km para el canal 1, 37 km para el canal 2 y 45 km para el canal 3. [22] [ se necesita aclaración ]
El proceso de derivar tendencias a partir de la medición de las SSU ha resultado particularmente difícil debido a la deriva de los satélites, 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 mayores altitudes 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 un calentamiento volcánico transitorio después de las explosivas erupciones volcánicas de El Chichón y el Monte Pinatubo ; se ha observado poca tendencia en la temperatura desde 1995. El mayor enfriamiento se produjo en la estratosfera tropical, en consonancia con el aumento de Brewer-Dobson. La circulación bajo las concentraciones de gases de efecto invernadero aumenta. [23] [ se necesita fuente no primaria ]
El menor enfriamiento estratosférico se debe principalmente a los efectos del agotamiento de la capa de ozono , con una posible contribución del aumento del vapor de agua estratosférico y del aumento de los gases de efecto invernadero. [24] [25] Ha habido una disminución de las temperaturas estratosféricas, intercalada por calentamientos relacionados con erupciones volcánicas. La teoría del calentamiento global sugiere que la estratosfera debería enfriarse mientras la troposfera se calienta. [26]
El enfriamiento a largo plazo en la estratosfera inferior se produjo en dos pasos descendentes de temperatura, ambos después del calentamiento transitorio relacionado con las erupciones volcánicas explosivas de El Chichón y el Monte Pinatubo ; este comportamiento de la temperatura estratosférica global se ha atribuido a la variación de la concentración global de ozono en los dos años después de las erupciones volcánicas. [27]
Desde 1996 la tendencia es ligeramente positiva [28] debido a la recuperación del ozono yuxtapuesta a una tendencia de enfriamiento de 0,1K/década que es consistente con el impacto previsto del aumento de los gases de efecto invernadero. [27]
La siguiente tabla muestra la tendencia de la temperatura estratosférica a partir de las mediciones de SSU en las tres bandas diferentes, donde la tendencia negativa indicó enfriamiento.
De 1979 a 2005, las unidades de sondeo por microondas (MSU) y desde 1998 las unidades avanzadas de sondeo por microondas de los satélites meteorológicos en órbita polar de la NOAA han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente procedente 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. [30]
La Figura 3 (derecha) muestra los niveles atmosféricos muestreados mediante reconstrucciones de diferentes longitudes de onda de las mediciones satelitales, donde TLS, TTS y TTT representan tres longitudes de onda diferentes.
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. [9]
Las mediciones de temperatura también se realizan mediante ocultación de radio GPS . [31] Esta técnica mide la refracción de las ondas de radio transmitidas por los satélites GPS a medida que se propagan en la atmósfera terrestre, permitiendo así medir 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 infrarrojas (típicas de misiones orbitales y de sobrevuelo de planetas con superficies sólidas) como técnicas de microondas (más utilizadas para planetas con atmósferas). Los instrumentos de medición de temperatura infrarroja utilizados en misiones planetarias incluyen mediciones de temperatura de la superficie tomadas por el instrumento Espectrómetro de Emisión Térmica (TES) en el Mars Global Surveyor y el instrumento Diviner en el Lunar Reconnaissance Orbiter ; [32] y mediciones de temperatura atmosférica tomadas por el instrumento espectrómetro infrarrojo compuesto de la nave espacial Cassini de la NASA . [33]
Los instrumentos de medición de la temperatura atmosférica por microondas incluyen el radiómetro de microondas de la misión Juno a Júpiter.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )