Le misurazioni radiometriche a banda larga effettuate dai satelliti GPS rivelano che durante l’estate l’Albedo dell’Oceano Artico diminuisce più rapidamente di quanto si ritiri il ghiaccio marino

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13769 (2023) Citare questo articolo

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Nuove misurazioni dall’Artico ± 40 giorni intorno al solstizio d’estate mostrano che la luce solare riflessa da nord di 80° N diminuisce del 20–35%. La copertura del ghiaccio marino artico diminuisce del 7-9% nello stesso periodo di tempo (come riportato dall’NSIDC), il che implica una diminuzione dell’albedo del ghiaccio marino artico oltre alla ritirata del ghiaccio marino. Misurazioni antartiche simili forniscono una linea di base con cui confrontare le misurazioni artiche. La luce solare riflessa dall'Antartide a sud di 80° S è fino al 30% più grande della riflettanza artica ed è simmetrica attorno al solstizio, il che implica una riflettività antartica costante. La luce solare riflessa nell’Artico 20 giorni dopo il solstizio è > 100 W/m2 inferiore alla luce solare riflessa nell’Antartide. In prospettiva, questo calore è sufficiente per sciogliere > 1 mm/ora di ghiaccio. Questo risultato dovrebbe essere confrontato con i modelli climatici e con set di dati di rianalisi per quantificare ulteriormente il ruolo dell’albedo del ghiaccio marino nell’amplificazione artica. Le misurazioni sono state effettuate con radiometri pixelati inediti sui satelliti del Global Positioning System dal 2014 al 2019. Le orbite GPS forniscono a ciascun radiometro viste istantanee e continue del 37% della Terra, due viste complete giornaliere dell'Artico e dell'Antartico. Inoltre, la costellazione GPS fornisce una copertura completa dell’intera Terra che può fornire dati che integrano gli strumenti esistenti con campo visivo limitato che forniscono una visione meno sinottica della Terra.

Il rapido cambiamento climatico della regione artica sta causando fenomeni come la diminuzione dell'estensione minima del ghiaccio marino (settembre) di quasi il 40% a partire dagli anni '701,2,3. Sono state sviluppate diverse teorie per spiegare il tasso di riscaldamento più rapido della regione artica (chiamato amplificazione artica o polare) rispetto al resto della Terra. Le probabili ragioni alla base dell’amplificazione artica includono4 “la ridotta albedo estiva dovuta alla perdita del ghiaccio marino e della copertura nevosa, l’aumento del contenuto totale di vapore acqueo nell’atmosfera artica, i cambiamenti nella nuvolosità totale in estate, il calore aggiuntivo generato dal ghiaccio marino appena formato attraverso aree aperte più estese”. aree acquatiche in autunno, il trasporto di calore e umidità verso nord e il minor tasso di perdita di calore verso lo spazio dall’Artico rispetto alle zone subtropicali”5,6. L’analisi basata sui modelli climatici guida l’interpretazione e le ipotesi delle cause dietro l’amplificazione artica. Diverse analisi hanno rilevato che i feedback dell’albedo del ghiaccio marino stanno probabilmente guidando l’amplificazione artica7,8,9,10,11,12. Il feedback dell'albedo è dovuto a (1) lo scioglimento del ghiaccio marino che porta alla recessione della banchisa nonché (2) alla diminuzione della riflettività o dell'albedo del ghiaccio rimanente a causa dello scioglimento della superficie13,14,15,16,17,18 che cambia la riflettività della superficie della neve e del ghiaccio, oltre a formare stagni di fusione scarsamente riflettenti. La maggior parte delle analisi del sistema climatico riconoscono la recessione del ghiaccio marino come un effetto importante nella riduzione dell’albedo9,14,19,20, ma il ruolo della riduzione dell’albedo21,22,23 del ghiaccio marino rimanente è menzionato meno frequentemente. Le analisi recenti delle misurazioni complete dell'albedo artico nell'arco di anni sufficienti per essere climatologicamente significative (cioè multidecadali) sembrano essere poche.

Le misurazioni della luce solare riflessa dalla Terra sono state effettuate mediante radiometri al silicio a banda larga pixelati (0,4–1,0 μm, visibile-vicino infrarosso o VNIR) gestiti dal governo degli Stati Uniti su sette satelliti GPS (Global Positioning System)24 a un'altitudine di 20.200 km. I radiometri pixelati GPS hanno raccolto misurazioni dal 2013 e si prevede che continueranno fino al 2040. I dati provenienti da questi strumenti potrebbero fornire un prezioso complemento al progetto CERES (Clouds and Earth Radiant Energy System) della NASA25,26,27 e ad altre misurazioni per determinare la radiazione terrestre balance28,29 fornendo una copertura completa dell'intera Terra con più satelliti che visualizzano tutti i punti della Terra. Il programma CERES dispone di sei pacchetti radiometrici, da FM-1 a FM-6, su quattro satelliti in orbite quasi polari a bassa quota quasi circolari. FM-1 e FM-2 sono sul satellite Terra, FM-3 e FM-4 sono sul satellite Aqua, entrambi lanciati nel 1997 in orbite alte 705 km. FM-5 è sul satellite S-NPP lanciato nel 2009 e FM-6 è sul NOAA-20 lanciato nel 2014 in orbite di 834 km. Al momento in cui scrivo (2023) Terra e Aqua potrebbero essere prossimi alla fine della vita. Ciascuno degli strumenti CERES dispone di tre canali radiometrici a risposta spettrale uniforme basata su bolometro: onda corta (0,3–5,0 micron), finestra (8–12 micron) e totale (0,3–100 micron). Gli imager iperspettrali Moderate Risoluzione Imaging Spectrometer (MODIS)30 si trovano su Terra e Aqua mentre gli imager iperspettrali Visible Infrared Imager-Radiometer Suite (VIIRS)31 si trovano su Suomi NPP e NOAA-20. Le bande spettrali MODIS e VIIRS sono simili alle bande geosincrone delle immagini satellitari meteorologiche in modo che le misurazioni CERES possano essere trasferite da CERES a MODIS/VIIRS alle immagini meteorologiche per fornire una copertura radiometrica geograficamente e temporalmente. CERES ha una copertura polare frequente, ma non continua. Sebbene i radiometri GPS abbiano una copertura spettrale più ristretta, descritta in dettaglio di seguito, rispetto all’ampia suite di strumenti CERES, i radiometri GPS possono integrare CERES con (1) una migliore copertura dell’intera Terra, a tempo pieno per la misurazione della luce solare riflessa, in particolare fornendo una copertura spettrale a tempo pieno copertura delle regioni polari non visibili da orbite geosincrone e (2) viste multiple simultanee di tutti i punti sulla Terra per campionare le variazioni di riflettanza angolare.