Las mediciones de temperatura por satélite son inferencias de la temperatura de la atmósfera a distintas altitudes, así como de las temperaturas de la superficie del mar y de la tierra obtenidas a partir de mediciones radiométricas por satélite . Estas mediciones se pueden utilizar para localizar frentes meteorológicos , monitorear El Niño-Oscilación del Sur , determinar la fuerza de los ciclones tropicales , estudiar las islas de calor urbanas y monitorear el clima global. Los incendios forestales , los volcanes y los puntos críticos industriales también se pueden detectar mediante imágenes térmicas de satélites meteorológicos.
Los satélites meteorológicos no miden la temperatura directamente, sino la radiancia en varias bandas de longitud de onda . Desde 1978, las unidades de sondeo por microondas (MSU) de los satélites de órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente procedente del oxígeno atmosférico, que está relacionada con la temperatura de amplias capas verticales de la atmósfera. Desde 1967 se han recopilado mediciones de la radiación infrarroja relacionada con la temperatura de la superficie del mar.
Los datos satelitales muestran que durante las últimas cuatro décadas la troposfera se ha calentado y la estratosfera se ha enfriado. Ambas tendencias son coherentes con la influencia del aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero .
Los satélites 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 las radiancias. Como resultado, los diferentes grupos que han analizado los datos satelitales han producido diferentes conjuntos de datos de temperatura.
La serie temporal de satélites no es homogénea. Se construye 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 por deriva y decaimiento orbital. [3] [4] [5] 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. [ cita requerida ] [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 la parte superior de las nubes en ventanas infrarrojas).
Los satélites que se utilizan para obtener temperaturas de la superficie mediante la medición de la radiación infrarroja térmica requieren, en general, condiciones sin nubes. Algunos de los instrumentos que se utilizan son el radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR), los radiómetros de barrido longitudinal (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 superficial del mar (TSM) desde 1967, y los primeros compuestos globales se produjeron durante 1970. [10] Desde 1982, [11] los satélites se han utilizado cada vez más para medir la TSM y han permitido observar su variación espacial y temporal de manera más completa. 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]
Sobre la tierra, la recuperación de la temperatura a partir de las radiancias es más difícil, debido a las inhomogeneidades en la superficie. [13] Se han realizado estudios sobre el efecto de isla de calor urbana a través de imágenes satelitales. [14] Mediante el uso de la técnica fractal, Weng, Q. et al. caracterizaron el patrón espacial de la isla de calor urbana. [15] El uso de imágenes satelitales 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. [16] Usando la técnica Dvorak , las imágenes satelitales infrarrojas se pueden utilizar para determinar la diferencia de temperatura entre el ojo y la temperatura de la cima de la nube de la densa nubosidad central de los 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 se muestran 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 temperatura estratosférica se realizan a partir de 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. La 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 un máximo de 29 km para el canal 1, 37 km para el canal 2 y 45 km para el canal 3. [22] [ aclaración necesaria ]
El proceso de derivación de 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 altitudes mayores a medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la estratosfera. Las temperaturas de la estratosfera media y superior muestran una fuerte tendencia negativa intercalada por un 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, en consonancia con una mayor circulación Brewer-Dobson bajo el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero. [23] [ fuente no primaria necesaria ]
El enfriamiento de la estratosfera inferior se debe principalmente a los efectos de la disminución 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] Se ha producido un descenso de las temperaturas estratosféricas, intercalado con calentamientos relacionados con las erupciones volcánicas. La teoría del calentamiento global sugiere que la estratosfera debería enfriarse mientras que la troposfera se calienta. [26]
El enfriamiento a largo plazo en la estratosfera inferior ocurrió 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 posteriores a 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 0,1 K/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.
Desde 1979 hasta 2005, las unidades de sondeo por microondas (MSU) y, desde 1998, las unidades de sondeo por microondas avanzadas de los satélites meteorológicos 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 . La radiación 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 diferentes reconstrucciones de longitud de onda de las mediciones satelitales, donde TLS, TTS y TTT representan tres longitudes de onda diferentes.
La nave espacial Aura utiliza una técnica diferente , la Microwave Limb Sounder , 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, lo que permite 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 las misiones de orbitadores y sobrevuelos de planetas con superficies sólidas) como técnicas de microondas (más a menudo utilizadas para planetas con atmósferas). Los instrumentos de medición de temperatura infrarroja utilizados en misiones planetarias incluyen mediciones de temperatura de superficie tomadas por el instrumento Espectrómetro de Emisión Térmica (TES) en 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 en 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.
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