Las mediciones de temperatura de la Unidad de Sondeo por Microondas se refieren a la medición de temperatura utilizando el instrumento de la Unidad de Sondeo por Microondas y es uno de los varios métodos de medición de la temperatura atmosférica de la Tierra desde satélites . Las mediciones de microondas se han obtenido de la troposfera desde 1979, cuando se incluyeron dentro de los satélites meteorológicos de la NOAA , comenzando con TIROS-N . En comparación, el registro utilizable de globos ( radiosonda ) comienza en 1958, pero tiene una cobertura geográfica menor y es menos uniforme.
Las mediciones de brillo de microondas no miden directamente la temperatura . 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 obtenido diferentes tendencias de temperatura. Entre estos grupos se encuentran Remote Sensing Systems (RSS) y la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH). La serie de satélites no es completamente homogénea: el registro se construye a partir de una serie de satélites con instrumentación similar pero no idéntica. Los sensores se deterioran con el tiempo y son necesarias correcciones para la deriva del satélite en órbita. Se producen diferencias particularmente grandes entre las series de temperatura reconstruidas en los pocos momentos en que hay poca superposición temporal entre satélites sucesivos, lo que dificulta la intercalibración.
Desde 1979 hasta 2005, las unidades de sondeo por microondas (MSU) y, desde 1998, las unidades de sondeo por microondas avanzadas de los satélites de 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 , como lo demuestra la teoría y las comparaciones directas con las temperaturas atmosféricas obtenidas a partir de perfiles de radiosonda (globos).
Diferentes frecuencias muestrean un rango ponderado diferente de la atmósfera, dependiendo de la profundidad de absorción ( es decir , profundidad óptica ) de las microondas a través de la atmósfera. [3] [4] Para derivar datos del perfil de temperatura a altitudes más bajas y eliminar la influencia estratosférica, los investigadores han desarrollado productos sintéticos restando señales a diferentes altitudes y ángulos de visión; como "2LT", que tiene un máximo en aproximadamente 650 hPa. Sin embargo, este proceso amplifica el ruido, [5] aumenta los sesgos de calibración entre satélites y mejora la contaminación de la superficie. [6]
Se han creado registros fusionando datos de nueve MSU diferentes y datos de AMSU, cada uno con peculiaridades que deben calcularse y eliminarse porque pueden tener impactos sustanciales en la tendencia resultante. [7] El proceso de construcción de un registro de temperatura a partir de un registro de radiancia es difícil y algunas de las correcciones requeridas son tan grandes como la tendencia misma: [8]
La radiancia ascendente se mide en diferentes frecuencias; estas diferentes bandas de frecuencia muestrean un rango ponderado diferente de la atmósfera. [3] Dado que la atmósfera es parcialmente opaca, pero no completamente, el brillo medido es un promedio a lo largo de una banda de la atmósfera, dependiendo de la profundidad de penetración de las microondas. [4] La temperatura de brillo (T B ) medida por satélite viene dada por: [9]
donde es el peso de la superficie, y son las temperaturas en la superficie y a nivel atmosférico y es la función de ponderación atmosférica.
Tanto el peso superficial como el atmosférico dependen de la emisividad de la superficie , del coeficiente de absorción y del ángulo de incidencia de la Tierra ; el peso superficial es el producto de y un factor de atenuación:
donde el término theta secante explica la dependencia de la longitud del camino óptico con respecto al ángulo vertical, y es la profundidad óptica:
Las funciones de ponderación atmosférica se pueden escribir como:
El primer término de esta ecuación está relacionado con la radiación emitida hacia arriba desde el nivel y atenuada a lo largo del camino hacia la parte superior de la atmósfera (∞), el segundo incluye la radiación emitida hacia abajo desde el nivel z hasta la superficie (0) y la radiación reflejada por la superficie (proporcional a ) hasta la parte superior de la atmósfera, la forma exacta de depende de la temperatura, el vapor de agua y el contenido de agua líquida de la atmósfera.
El Canal 1 de MSU no se utiliza para monitorear la temperatura atmosférica porque es demasiado sensible a las emisiones de la superficie, además está fuertemente contaminado por vapor de agua/agua líquida en la troposfera más baja. [10]
El canal 2 o TMT es ampliamente representativo de la troposfera , aunque con una superposición significativa con la estratosfera inferior; la función de ponderación tiene su máximo en 350 hPa (que corresponde a unos 8 km de altitud) [11] y la mitad de potencia en aproximadamente 40 y 800 hPa (aproximadamente 2–22 km).
La figura 3 (derecha) muestra los niveles atmosféricos muestreados por diferentes longitudes de onda a partir de las mediciones satelitales, donde TLS, TTS y TTT representan tres longitudes de onda diferentes. Nótese que la medición más baja, TTT, incluye el brillo de las emisiones atmosféricas y de la superficie. TMT y TLT representan el rango de altitud calculado para la temperatura de la troposfera inferior utilizando un modelo atmosférico como se explica a continuación.
El canal T4 o TLS es representativo de la temperatura en la estratosfera inferior con una función de ponderación máxima a unos 17 km sobre la superficie de la Tierra.
En un intento de derivar datos para altitudes más bajas y eliminar la influencia estratosférica , varios investigadores han desarrollado productos sintéticos que restan los valores de mayor altitud de la medición de altitud más baja (TMT). Esta técnica de análisis de datos depende de la modelización del efecto de la altitud sobre la temperatura. Sin embargo, este proceso amplifica el ruido, [5] aumenta los sesgos de calibración entre satélites y mejora la contaminación de la superficie. [6] Spencer y Christy desarrollaron el producto sintético "2LT" (posteriormente rebautizado como "TLT") restando señales en diferentes ángulos de visión; este tiene un máximo en aproximadamente 650 hPa. El producto 2LT ha pasado por numerosas versiones a medida que se han aplicado varias correcciones. Fu y Johanson han desarrollado otra metodología similar [12]: el canal TTT (temperatura total de la troposfera) es una combinación lineal del canal TMT y TLS: TTT=1,156*TMT-0,153*TLS para el promedio global y TTT=1,12*TMT-0,11*TLS en latitudes tropicales.
Todos los instrumentos de la MSU y, en menor medida, de la AMSU se desvían lentamente del tiempo de cruce ecuatorial heliosincrónico, modificando la hora local observada por el instrumento, por lo que el ciclo diurno natural puede estar asociado a la tendencia a largo plazo. La corrección del muestreo diurno es del orden de unas pocas centésimas de °C/década para TLT y TMT.
Todos los satélites en órbita polar pierden altura después del lanzamiento; la descomposición orbital es más fuerte durante el período de actividad solar elevada, cuando la radiación ultravioleta aumentada calienta la atmósfera superior y aumenta la resistencia por fricción sobre la nave espacial.
La desintegración orbital cambia el ángulo de visión del instrumento con respecto a la superficie y, por lo tanto, la emisividad de microondas observada; además, la serie temporal a largo plazo se construye mediante la fusión secuencial de los datos satelitales intercalibrados de modo que el error se suma a lo largo del tiempo; la corrección requerida es del orden de 0,1 °C/década para TLT.
Una vez que cada instrumento de escaneo de la Tierra de la MSU utiliza el espacio profundo (2,7 K) y los objetivos cálidos a bordo para realizar medidas de calibración, sin embargo, a medida que la nave espacial se desplaza a través del ciclo diurno, la temperatura del objetivo de calibración puede cambiar debido al efecto variable de sombra solar; la corrección es del orden de 0,1 °C/década para TLT y TMT.
Un registro de temperatura satelital ampliamente difundido es el desarrollado por Roy Spencer y John Christy en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH). El registro proviene de una sucesión de satélites diferentes y los problemas con la intercalibración entre los satélites son importantes, especialmente NOAA-9, que explica la mayor parte de la diferencia entre los análisis RSS y UAH. [13] NOAA-11 jugó un papel importante en un estudio de 2005 realizado por Mears et al. que identificó un error en la corrección diurna que conduce al salto del 40% en la tendencia de Spencer y Christy de la versión 5.1 a la 5.2. [14]
Se han creado registros fusionando datos de nueve MSU diferentes, cada una con peculiaridades ( por ejemplo , la deriva temporal de la nave espacial en relación con la hora solar local) que deben calcularse y eliminarse porque pueden tener impactos sustanciales en la tendencia resultante. [7]
El proceso de construcción de un registro de temperatura a partir de un registro de radiancia es difícil. El registro de temperatura satelital proviene de una sucesión de satélites diferentes y los problemas con la intercalibración entre los satélites son importantes, especialmente NOAA-9, que explica la mayor parte de la diferencia entre los distintos análisis. [15] NOAA-11 jugó un papel importante en un estudio de 2005 realizado por Mears et al. que identificó un error en la corrección diurna que conduce al salto del 40% en la tendencia de Spencer y Christy de la versión 5.1 a la 5.2. [14] Hay esfuerzos en curso para resolver las diferencias en los conjuntos de datos de temperatura satelital.
Para comparar las recuperaciones de MSU con la tendencia del registro de temperatura de la superficie, lo más apropiado es derivar las tendencias para la parte de la atmósfera más cercana a la superficie, es decir , la troposfera inferior . Como se mencionó anteriormente, la recuperación de temperatura más baja, TLT, no es una medición directa, sino un valor calculado restando la temperatura de brillo de mayor altitud de las mediciones más bajas. Las tendencias encontradas de los grupos UAH y RSS, que se muestran en la tabla siguiente, se calculan mediante métodos ligeramente diferentes y dan como resultado valores diferentes para las tendencias.
Utilizando el canal T2 o TMT (que incluye contribuciones significativas de la estratosfera , que se ha enfriado), Mears et al. de Remote Sensing Systems (RSS) encuentran (hasta enero de 2017) una tendencia de +0,140 °C/década. [16] Spencer y Christy de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH), encuentran una tendencia más pequeña de +0,08 °C/década. [17]
Al comparar estas mediciones con los modelos de temperatura de la superficie, es importante señalar que los valores resultantes de las mediciones de la troposfera inferior tomadas por la MSU son un promedio ponderado de las temperaturas en múltiples altitudes (aproximadamente de 0 a 12 km), y no una temperatura de la superficie (véase TLT en la figura 3 anterior). Por lo tanto, los resultados no son exactamente comparables con los modelos de temperatura de la superficie.
El Centro de Investigación y Aplicación Satelital NOAA/NESDIS STAR ofrece otro análisis de temperatura satelital que utiliza sobrepasos simultáneos del nadir (SNO) [25] para eliminar los sesgos de intercalibración satelital y obtener tendencias de temperatura más precisas. El análisis STAR-NOAA encuentra una tendencia de +0,129 °C/década para el canal TMT entre 1979 y 2016. [20]
Utilizando un ajuste alternativo para eliminar la contaminación estratosférica, [26] se encontraron tendencias para el período 1979-2011 de +0,14 °C/década cuando se aplicaron al conjunto de datos RSS y +0,11 °C/década cuando se aplicaron al conjunto de datos UAH. [27]
Un análisis de la Universidad de Washington encuentra tendencias para el período 1979-2012 de +0,13 °C/década cuando se aplica al conjunto de datos RSS y de +0,10 °C/década cuando se aplica al conjunto de datos UAH. [28]
En 2013, Cowtan y Way sugirieron [29] [30] que los promedios de temperatura global basados en datos de temperatura de la superficie tenían una posible fuente de sesgo debido a una cobertura global incompleta si las regiones no muestreadas no están distribuidas uniformemente sobre la superficie del planeta. Abordaron este problema combinando las mediciones de temperatura de la superficie con datos satelitales para completar la cobertura. Durante el período de tiempo 1979-2016, combinando los datos de superficie HadCRUT4 con la cobertura satelital UAH, muestran una tendencia de calentamiento de la superficie global de 0,188 °C/década. [31]
La discrepancia inicial (entre 1978 y principios de la década de 2000) entre los registros de temperatura de la superficie y los registros satelitales fue objeto de investigación y debate. Christy y Spencer [32] observaron que no se observaba calentamiento en las tendencias de recuperación de la UAH entre 1978 y 1998, y lo comentaron en un informe de 2000 del Consejo Nacional de Investigación [33] [34] y en el Tercer Informe de Evaluación del IPCC de 2001 [35].
Christy et al. (2007) afirmaron que las tendencias de temperatura tropical de las radiosondas coinciden más estrechamente con su conjunto de datos UAH v5.2. [36] Además, afirmaron que había una discrepancia entre las tendencias de RSS y de las sondas a partir de 1992, cuando se lanzó el satélite NOAA-12. [37]
En 1998, los datos de la UAH habían mostrado un enfriamiento de 0,05 K por década (a 3,5 km, troposfera media a baja). Wentz y Schabel, del RSS, en su artículo de 1998 demostraron que esto (junto con otras discrepancias) se debía a la desintegración orbital de los satélites de la NOAA. [38] Una vez que se tuvieron en cuenta los cambios orbitales, los datos mostraron un aumento de 0,07 K por década en la temperatura a este nivel de la atmósfera.
Otra crítica importante del registro satelital temprano fue su brevedad: agregarle unos cuantos años o elegir un período de tiempo particular podría cambiar las tendencias considerablemente.
A principios de 2005, aunque partían de los mismos datos, cada uno de los principales grupos de investigación los había interpretado con resultados diferentes. En particular, Mears et al . de RSS hallaron 0,193 °C/década para la troposfera inferior hasta julio de 2005, en comparación con los +0,123 °C/década hallados por la UAH para el mismo período.
Se hicieron esfuerzos para resolver estas diferencias. Gran parte de la disparidad en los resultados iniciales se resolvió con los tres artículos publicados en Science el 11 de agosto de 2005, que señalaron errores en el registro de UAH 5.1 y el registro de radiosonda en los trópicos.
Fu et al. (2004) introdujeron un ajuste alternativo para eliminar la contaminación estratosférica . [26] Después de la corrección, la función de ponderación vertical es casi la misma que la del canal T2(TMT) en la troposfera. [39]
Otro nuevo análisis, realizado por Vinnikov et al. en 2006, encontró +0,20 °C por década (1978-2005). [40]
El análisis a lo largo de un período de tiempo más largo ha resuelto algunas de las discrepancias en los datos, pero no todas. El Quinto Informe de Evaluación del IPCC (2014) afirmó: "basándose en múltiples análisis independientes de mediciones de radiosondas y sensores satelitales, es prácticamente seguro que a nivel mundial la troposfera se ha calentado y la estratosfera se ha enfriado desde mediados del siglo XX. A pesar del acuerdo unánime sobre el signo de las tendencias, existe un desacuerdo sustancial entre las estimaciones disponibles en cuanto a la tasa de cambios de temperatura, en particular fuera de la troposfera extratropical del NH, que ha sido bien muestreada por radiosondas, [41] y concluyó: "Si bien ha habido debates metodológicos sustanciales sobre el cálculo de las tendencias y su incertidumbre, se ha obtenido de manera consistente un intervalo de confianza del 95% de alrededor de ±0,1 °C por década tanto para LT como para MT ( por ejemplo , Sección 2.4.4; McKitrick et al. , 2010). [42]
Además de la corrección de Wentz y Schabel [38] , ya en el año 2000 se habían puesto en duda los resultados del análisis de UAH obtenidos por Prabhakara et al. [43] , que minimizaba los errores debidos a la deriva de los satélites. Encontraron una tendencia de 0,13 °C/década, en razonable acuerdo con las tendencias de superficie.
Desde la primera publicación de resultados en la década de 1990, se han realizado una serie de ajustes al algoritmo que calcula el conjunto de datos TLT de UAH. [44] [8] Se puede encontrar una tabla de las correcciones en el artículo sobre el conjunto de datos de temperatura satelital de UAH .
Para comparar con la tendencia del registro de temperatura de la superficie (+0,161 ± 0,033 °C/década de 1979 a 2012 según el GISS de la NASA [45] ), lo más apropiado es derivar las tendencias para la parte de la atmósfera más cercana a la superficie, es decir , la troposfera inferior . De esta manera, hasta diciembre de 2019:
Durante algún tiempo, el único registro satelital disponible fue la versión UAH, que (con las primeras versiones del algoritmo de procesamiento ) mostró una tendencia de enfriamiento global durante su primera década. Desde entonces, un registro más largo y una serie de correcciones al procesamiento han revisado esta imagen, y tanto las mediciones UAH como RSS muestran una tendencia al calentamiento.
Un análisis detallado realizado en 2005 por docenas de científicos como parte del Programa Científico sobre el Cambio Climático de Estados Unidos (CCSP, por sus siglas en inglés) identificó y corrigió errores en diversas observaciones de temperatura, incluidos los datos satelitales. Su informe afirmaba:
El Cuarto Informe de Evaluación del IPCC de 2007 [48] afirma:
Los modelos climáticos predicen que, a medida que la superficie se calienta, también lo hará la troposfera global. A nivel global, se prevé que la troposfera (a la altitud TLT a la que mide la sonda MSU) se caliente aproximadamente 1,2 veces más que la superficie; en los trópicos, la troposfera debería calentarse aproximadamente 1,5 veces más que la superficie. [ cita requerida ] Sin embargo, en el informe CCSP de 2005 se observó que el uso de técnicas de identificación de datos dio como resultado que "las huellas volcánicas y causadas por el hombre no eran consistentemente identificables en los patrones observados de cambio de la tasa de gradiente térmico". (Donde "tasa de gradiente térmico" se refiere al cambio de temperatura con la altitud). En particular, se observó una posible inconsistencia en los trópicos, el área en la que la amplificación troposférica debería verse más claramente. Afirmaron:
Las simulaciones de modelos climáticos más recientes arrojan una gama de resultados sobre los cambios en la temperatura media global. Algunos modelos muestran un mayor calentamiento en la troposfera que en la superficie, mientras que un número ligeramente menor de simulaciones muestra el comportamiento opuesto. No existe ninguna inconsistencia fundamental entre los resultados de estos modelos y las observaciones a escala global [48] , y las tendencias actuales son similares.
A nivel mundial, la mayoría de los modelos climáticos utilizados por el IPCC en preparación de su tercera evaluación en 2007 muestran un calentamiento ligeramente mayor en el nivel TLT que en la superficie (diferencia de 0,03 °C/década) para 1979-1999 [48] [49] [50] mientras que la tendencia GISS es de +0,161 °C/década para 1979 a 2012, [45] las tendencias de la troposfera inferior calculadas a partir de datos satelitales por UAH y RSS son +0,130 °C/década [22] y +0,206 °C/década. [18]
La tendencia de la troposfera inferior derivada de los satélites UAH (+0,128 °C/década) es actualmente inferior a las tendencias de la red de estaciones de superficie del GISS y del Centro Hadley (+0,161 y +0,160 °C/década respectivamente), mientras que la tendencia del RSS (+0,158 °C/década) es similar. Sin embargo, si la tendencia esperada en la troposfera inferior es de hecho superior a la de la superficie, entonces, dados los datos de superficie, la tendencia de la troposfera sería de alrededor de 0,194 °C/década, lo que hace que las tendencias de la UAH y del RSS sean el 66% y el 81% del valor esperado respectivamente.
Si bien los datos satelitales muestran ahora un calentamiento global, todavía hay algunas diferencias entre lo que predicen los modelos climáticos y lo que muestran los datos satelitales sobre el calentamiento de la troposfera inferior: los modelos climáticos predicen un calentamiento ligeramente mayor que el que miden los satélites. [51]
Tanto el conjunto de datos UAH como el conjunto de datos RSS han mostrado una tendencia general de calentamiento desde 1998, aunque la recuperación de UAH muestra un calentamiento ligeramente menor que el RSS. En junio de 2017, RSS publicó la v4 que aumentó significativamente la tendencia observada en sus datos, aumentando la diferencia entre las tendencias RSS y UAH. [52]
Las mediciones atmosféricas tomadas mediante una técnica de medición satelital diferente, la Sonda Infrarroja Atmosférica en el satélite Aqua , muestran una estrecha concordancia con los datos de superficie. [53]
{{cite web}}
: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite web}}
: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link)