Mediciones de temperatura por satélite
Las mediciones de temperatura satelitales son inferencias de la temperatura de la atmósfera a varias altitudes, así como las temperaturas de la superficie del mar y la tierra obtenidas a partir de mediciones radiométricas por satélite. Estas mediciones se pueden usar para ubicar frentes meteorológicos, monitorear El Niño-Oscilación del Sur, determinar la fuerza de los ciclones tropicales, estudiar islas de calor urbanas y monitorear el clima global. Los incendios forestales, los volcanes y los puntos calientes industriales también se pueden encontrar a través de imágenes térmicas de los satélites meteorológicos. También se pueden utilizar como parte de los registros de temperatura instrumentales del sistema climático de la Tierra.
Los satélites meteorológicos no miden la temperatura directamente. Miden radiancias en varias bandas de longitud de onda. Desde 1978, las unidades de sondeo de microondas (MSU) en los satélites de órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente del oxígeno atmosférico, que está relacionada con la temperatura de amplias capas verticales de la atmósfera. Las mediciones de la radiación infrarroja correspondientes a la temperatura de la superficie del mar se han recopilado desde 1967.
Los conjuntos de datos satelitales muestran que, durante las últimas cuatro décadas, la troposfera se ha calentado y la estratosfera se ha enfriado. Ambas tendencias son consistentes con la influencia del aumento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, como el aumento del dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra.
Medidas
Los satélites no miden la temperatura directamente. Miden radiancias en varias bandas de longitud de onda, que luego deben invertirse matemáticamente para obtener inferencias indirectas de temperatura. Los perfiles de temperatura resultantes dependen de los detalles de los métodos que se utilizan para obtener temperaturas a partir de las radiaciones. Como resultado, diferentes grupos que han analizado los datos satelitales han producido diferentes conjuntos de datos de temperatura.
La serie temporal del satélite no es homogénea. Está construido 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 para la deriva y el decaimiento orbital. Las diferencias particularmente grandes entre las series de temperatura reconstruidas ocurren en los pocos momentos en que hay poca superposición temporal entre satélites sucesivos, lo que dificulta la intercalibración.
Mediciones infrarrojas
Medidas de superficie
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). transparente, o midiendo las temperaturas de la parte superior de las nubes en ventanas infrarrojas).
Los satélites que se utilizan para recuperar las temperaturas de la superficie a través de la medición del infrarrojo térmico en general 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.
Los satélites meteorológicos han estado disponibles para inferir información sobre la temperatura de la superficie del mar (SST, por sus siglas en inglés) desde 1967, con los primeros compuestos globales ocurriendo durante 1970. Desde 1982, los satélites se han utilizado cada vez más para medir la SST y han permitido que su variación espacial y temporal sea visto de forma más completa. Por ejemplo, los cambios en la SST monitoreados vía satélite se han utilizado para documentar la progresión de El Niño-Oscilación del Sur desde la década de 1970.
Sobre la tierra, la recuperación de la temperatura a partir de las radiaciones es más difícil, debido a la falta de homogeneidad en la superficie. Se han realizado estudios sobre el efecto isla de calor urbano a través de imágenes de satélite. 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. Usando la técnica de Dvorak, las imágenes satelitales infrarrojas se pueden usar para determinar la diferencia de temperatura entre el ojo y la temperatura superior de la nube del denso cielo nublado central de los ciclones tropicales maduros para estimar sus vientos máximos sostenidos y sus presiones centrales mínimas.
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). 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.
La sonda de infrarrojos atmosféricos del satélite Aqua, lanzada en 2002, utiliza la detección de infrarrojos para medir la temperatura cerca de la superficie.
Mediciones de la estratosfera
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. Dado que mide la emisión infrarroja del dióxido de carbono, la opacidad atmosférica es más alta y, por lo tanto, la temperatura se mide a una altitud más alta (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 globales 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 usan 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.
El proceso de derivación de tendencias a partir de la medición de SSU ha resultado particularmente difícil debido a la desviación de los satélites, la intercalibración entre diferentes satélites con poca 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 desplazan 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 erupciones volcánicas explosivas de El Chichón y el Monte Pinatubo, se ha observado poca tendencia de temperatura desde 1995. El mayor enfriamiento se produjo en la estratosfera tropical en consonancia con la circulación mejorada de Brewer-Dobson bajo el aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero.
El enfriamiento de la baja estratosfera es causado principalmente por los efectos del agotamiento del ozono con una posible contribución del aumento del vapor de agua estratosférico y del aumento de los gases de efecto invernadero. Ha habido una disminución de las temperaturas estratosféricas, intercaladas por calentamientos relacionados con erupciones volcánicas. La teoría del Calentamiento Global sugiere que la estratosfera debería enfriarse mientras la troposfera se calienta.
El enfriamiento a largo plazo en la estratosfera inferior ocurrió en dos pasos descendentes en la 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 siguientes a las erupciones volcánicas.
Desde 1996, la tendencia es ligeramente positiva debido a la recuperación de 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.
La siguiente tabla muestra la tendencia de la temperatura estratosférica de las mediciones de SSU en las tres bandas diferentes, donde la tendencia negativa indica un enfriamiento.
| Canal | Comienzo | Fecha final | STAR v3.0
Tendencia mundial |
|---|---|---|---|
| TMS | 1978-11 | 2017-01 | −0.583 |
| TUS | 1978-11 | 2017-01 | −0.649 |
| TTS | 1979-07 | 2017-01 | −0,728 |
Mediciones de microondas (troposféricas y estratosféricas)
Mediciones de la Unidad de Sondeo de Microondas (MSU)
De 1979 a 2005, las unidades de sondeo de microondas (MSU) y, desde 1998, las unidades avanzadas de sondeo de 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. El resplandor del afloramiento se mide a diferentes frecuencias; estas diferentes bandas de frecuencia muestrean un rango ponderado diferente de la atmósfera.
La Figura 3 (derecha) muestra los niveles atmosféricos muestreados por diferentes longitudes de onda reconstruidas de las mediciones satelitales, donde TLS, TTS y TTT representan tres longitudes de onda diferentes.
Otras medidas de microondas
La nave espacial Aura utiliza una técnica diferente, el Microwave Limb Sounder, que mide la emisión de microondas horizontalmente, en lugar de apuntar al nadir.
Las mediciones de temperatura también se realizan mediante la ocultación de señales de GPS. Esta técnica mide la refracción de las señales de radio de los satélites GPS por la atmósfera terrestre, lo que permite medir los perfiles verticales de temperatura y humedad.
Medidas de temperatura en otros planetas
Las misiones científicas planetarias también realizan mediciones de temperatura en otros planetas y lunas del sistema solar, utilizando técnicas infrarrojas (típicas de las misiones orbitales y de sobrevuelo de planetas con superficies sólidas) y técnicas de microondas (más utilizadas para planetas con atmósferas). Los instrumentos de medición de temperatura infrarroja utilizados en misiones planetarias incluyen mediciones de temperatura superficial tomadas por el instrumento Espectrómetro de Emisión Térmica (TES) en el Mars Global Surveyor y el instrumento Diviner en el Lunar Reconnaissance Orbiter; y mediciones de temperatura atmosférica tomadas por el instrumento espectrómetro infrarrojo compuesto en la nave espacial Cassini de la NASA.
Los instrumentos de medición de temperatura atmosférica por microondas incluyen el radiómetro de microondas en la misión Juno a Júpiter.