Измерение воды из космоса

Наблюдения со спутников позволяют ученым отслеживать изменения уровня воды в море, реках и озерах, ледниковых щитах и даже под землей. Эта информация становится критически важной для мониторинга последствий изменения климата и прогнозирования его будущих воздействий в различных регионах.

Повышение уровня моря — одно из главных последствий глобального потепления, но его гораздо сложнее моделировать и предсказывать, чем температуру. Этот процесс затрагивает океаны и их взаимодействие с атмосферой, ледниковые щиты, континентальные воды и даже твердую Землю, которая изменяет форму океанических бассейнов. Данные мареографов показывают, что на протяжении большей части XX века уровень моря поднимался в среднем на 1.8 мм в год.

С 1990-х годов ряд спутников-альтиметров измеряет высоту поверхности океана, что кардинально улучшило наше понимание роста уровня моря. В настоящее время три альтиметрических спутника покрывают всю планету каждые 10–35 дней и могут измерять высоту морской поверхности с точностью до 1–2 см.

Эти измерения показывают, что с начала 1993 года уровень моря повышался на 3.3 мм в год, что почти вдвое больше, чем в предыдущие 50 лет. "Возможно, мы наблюдаем декадную флуктуацию, и в ближайшем будущем скорость снова снизится", — говорит Анни Казенав из лаборатории LEGOS в Тулузе, — "но я так не думаю. Уже несколько лет скорость подъема существенно не меняется".

Тающий лед наполняет море

Команда Казенав и другие группы подсчитали, что в период 1993–2003 годов около половины роста уровня моря было вызвано расширением океанов из-за потепления, а другая половина — сокращением континентального льда. После 2003 года потепление океана временно замедлилось, но уровень моря продолжал расти. Теперь около 80% ежегодного подъема уровня можно отнести к ускоренной потере льда с ледников, Гренландии и Антарктиды. Это выявила новая спутниковая методика — космическая гравиметрия.

Миссия GRACE, запущенная в 2002 году, включает два спутника, которые измеряют изменения гравитационного поля Земли во времени. Это поле зависит от распределения массы на планете и влияет на скорость движения спутников по орбите. Тщательно отслеживая скорость обоих спутников, можно измерить изменение массы воды или льда в разных регионах.

Метод показал, что ледниковый щит Гренландии теряет около 150 гигатонн льда ежегодно, две трети из которых — это крупные глыбы льда, быстро стекающие в море. Совокупная потеря льда в Гренландии и Западной Антарктиде за последние пять лет вносит вклад в повышение уровня моря примерно на 1 мм в год.

Реки мелеют

Используя данные GRACE, Казенав и другие ученые также изучили изменения в запасах воды в речных бассейнах. В период с 2002 по 2006 год они обнаружили, что некоторые бассейны, включая Конго и Миссисипи, теряют воду, а речные системы в бореальных регионах, наоборот, ее накапливают.

В то же время ученые Европейского космического агентства (ESA) в сотрудничестве с Университетом Де Монфорт в Великобритании начали использовать данные со спутников, измеряющих уровень моря, для оценки уровней озер и рек на суше.

Пресная внутренняя вода пользуется большим спросом, но управляющие ею страдают от серьезного недостатка информации о ее количестве. "Количество речных датчиков уменьшается с каждым днем, и многие водосборные бассейны теперь полностью не измеряются", — говорит Жером Бенвенист из центра обработки данных ESRIN ESA в Фраскати, Италия. — "Но у нас есть 16-летние данные об уровнях рек и озер. Вопрос лишь в их обработке".

Работа, которую возглавляет Бенвенист, позволяет воссоздавать уровни воды в водохранилищах или озерах и реконструировать годовые циклы подъема и спада в крупных речных бассейнах, таких как Амазонка.

Другие команды комбинируют эти измерения уровня поверхностных вод с гравиметрическими измерениями со спутников GRACE, чтобы определить количество грунтовых вод, хранящихся в каждом водосборе. "Международное сотрудничество необходимо для достижения этой цели, обеспечивая глобальный охват и локальную проверку данных", — говорит Бенвенист. — "В настоящее время Европа лидирует в этой области".