Спутники теперь получают круглогодичный обзор арктического морского льда

Спутники теперь могут измерять толщину морского льда, покрывающего Северный Ледовитый океан круглый год.

Традиционно космические аппараты изо всех сил пытались определить полное состояние льдин в летние месяцы, потому что присутствие талой воды на поверхности сбивало с толку их инструменты.

Но с помощью новых методов «глубокого обучения» ученые преодолели это ограничение, чтобы получать надежные наблюдения в любое время года.

Прорыв имеет широкое значение.

Помимо очевидного преимущества для кораблей, которым необходимо знать те части Арктики, плавание по которым будет безопасным, существуют значительные преимущества прогнозирования климата и погоды.

На данный момент существуют значительные различия в прогнозах того, когда полярный океан может полностью освободиться ото льда в условиях когда-либо потеплевшего мира.

Улучшенное представление о процессах плавки в те ключевые месяцы, когда льдины уменьшаются по площади и толщине, теперь должно повысить точность результатов компьютерных моделей.

«Несмотря на превосходные усилия многих исследователей, прогнозы этих климатических моделей относительно того, когда мы впервые увидим полностью свободный ото льда Северный Ледовитый океан летом, различаются на 30 с лишним лет», — говорит доктор Джек Лэнди из Арктического университета Норвегии. , — рассказал BBC News.

«Нам нужно уточнить эти прогнозы, чтобы мы были намного более уверены в том, что и когда произойдет, и как, как следствие, ускорится обратная связь с климатом».

Протяженность арктического морского ледяного покрова уменьшалась в течение всего периода наблюдения за ним со спутников, что составляет более 40 лет. средняя ставка 13% за десятилетие.

Но на самом деле только с 2011 года космические аппараты смогли постоянно измерять его толщину, а толщина (или, точнее, объем) является истинным мерилом здоровья льдин.

Это связано с тем, что протяженность морского ледяного покрова сильно зависит от того, раздвинули ли ветры льдины или столкнули их вместе.

Для измерения толщины ученые используют спутниковые высотомеры.

Пионерская миссия Cryosat-2 Европейского космического агентства (ЕКА) оснащена радаром для измерения разницы в высоте между верхней частью морского льда и верхней частью воды в трещинах или отводах, разделяющих льдины.

Исходя из этой разницы, ученые могут затем с помощью относительно простых расчетов определить толщину льда.

Подход хорошо работает в зимние месяцы, но летом, когда снег на льду и сам лед начинают таять, скопившаяся вода эффективно ослепляет радар. Ученые не могут быть уверены, исходит ли эхо-сигнал, который возвращается на Cryosat, из открытого океана или с поверхности талого пруда, лежащего на льду.

С мая по сентябрь — ключевой сезон таяния — для космического корабля был период бездействия.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали метод искусственного интеллекта (ИИ), в котором алгоритм мог изучать и идентифицировать надежные наблюдения из обширной библиотеки синтетических радиолокационных сигналов.

Профессор Жюльен Стрев из Университетского колледжа Лондона (UCL) объяснила: «Мы смоделировали формы эхосигналов, которые мы получим для различных типов ледяных поверхностей — будь то талые пруды, затопленный лед или лед с различной шероховатостью; или просто ведет. Мы создали эту огромную базу данных физически обоснованных оценок того, как должны выглядеть отраженные сигналы радара, а затем сопоставили их с отдельными импульсами радара от прибора, чтобы найти эхосигналы, которые соответствуют лучше всего».

ЕКА хранит в своих архивах данных все измерения Cryosat с мая по сентябрь, хотя за последнее десятилетие они были практически бесполезны. Но теперь, благодаря этому новому подходу, команда доктора Лэнди смогла вернуться к записям, чтобы восстановить годовые измерения толщины льда за все время работы спутника.

Доктор Рэйчел Тиллинг много работала с данными Cryosat, прежде чем перенести свои исследования на недавно запущенную миссию лазерного альтиметра Icesat-2 космического агентства США.

Она приветствовала новшество.

«Лето — это время, когда площадь морского льда в Арктике сокращается наиболее быстро, и наличие этого дополнительного измерения поможет нам лучше понять, как меняется ледяной покров», — сказал ученый НАСА BBC News.

«Летом у Icesat-2 есть свои уникальные трудности, но нам повезло, что его технология подсчета фотонов позволяет нам измерять высоту морского льда, воды и талых водоемов круглый год.

«Сказав это, Cryosat-2 всегда будет моей первой любовью, поэтому я очень рад видеть, что его используют таким новым способом».

По словам доктора Мишеля Цамадос, также из Калифорнийского университета, главным бенефициаром новых измерений толщины станут инуиты в Арктике.

«[They] определили шероховатость и слякоть морского льда (талый снег и лед) в качестве основного препятствия для безопасного передвижения по льду, поскольку изменение климата уже негативно влияет на эти характеристики и приводит к увеличению дорожно-транспортных происшествий и поисково-спасательных работ», — пояснил он.

«И то, и другое связано с толщиной льда. Таким образом, измерение в течение всего года толщины морского льда из космоса с помощью Cryosat-2, а также Icesat-2 и других спутниковых датчиков в конечном итоге поможет предоставить более качественные карты инуитскому населению для обеспечения безопасности. путешествовать по этой быстро меняющейся местности».

Доктор Лэнди и его коллега опубликовали свой новый метод Cryosat. в журнале Природа.