Четыре десятилетия наблюдений за морским льдом из космоса
Одним из наиболее заметных признаков изменения климата в последние годы стал процесс, который невозможно было наблюдать в полной мере всего несколько десятилетий назад.
Ледяной покров, покрывающий Северный Ледовитый океан, значительно изменился, особенно за последние 15 лет. Лёд стал тоньше и уязвимее, а его летний минимум теперь покрывает более чем на 1 миллион квадратных миль меньше, чем в конце 1970-х годов. Это площадь, достаточная, чтобы покрыть Аляску, Калифорнию и Техас вместе взятые.
Ключевую роль в том, как мир смог засвидетельствовать и задокументировать эти изменения, сыграла кропотливая работа на протяжении десятилетий небольшой группы учёных из Центра космических полётов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. Поздние ночи у мейнфреймов, многократная проверка распечаток, обработка и переобработка данных — всё это привело к публикации первых в истории точных атласов морского льда планеты.
«Морской лёд был одной из наименее изученных переменных в системе Земли, — сказала Клэр Паркинсон, старший научный сотрудник по изменению климата в NASA Goddard. — Благодаря спутникам, теперь морской лёд — один из наиболее изученных компонентов планеты».
От идеи до реализации
В начале 1970-х NASA пожинало лавры за высадку людей на Луну. Однако в менее известных подразделениях агентства учёные закладывали основу современной эры использования космоса для наблюдения за Землёй. Некоторые исследователи полагали, что с этой точки обзора можно картировать ранее недоступное — морской лёд, окружающий Антарктиду и покрывающий Арктику.
Первыми спутниками, взглянувшими на морской лёд, были метеоспутники TIROS, запущенные в 1960-х годах. Однако их возможности ограничивали облачность и полярная ночь. Чтобы решить эту проблему, учёные NASA Goddard разработали прототип прибора, способного регистрировать естественное микроволновое излучение с поверхности Земли и из атмосферы. Для этого прибора облака не были препятствием, а солнечный свет — необходимостью.
После серии испытательных полётов над Арктикой в 1967 и 1970 годах прибор ESMR был запущен на спутнике Nimbus 5 в декабре 1972 года. Это изменило правила игры. Учёные впервые смогли рассчитать концентрацию морского льда для каждого пикселя спутникового изображения размером 18,6 мили (30 км).
«Со спутниками мы впервые получили глобальное представление о том, что происходит с ледяным покровом, — отметил Дон Кавальери, старший научный сотрудник по морскому льду в NASA Goddard. — Мы увидели не только сезонные, но и большие межгодовые вариации».
Обработка данных
Получение данных было только началом работы. Ограниченные вычислительные мощности и несовершенство приборов создавали множество проблем. Данные с ESMR иногда были «смазанными» или содержали ошибки геолокации. Учёные вручную проверяли и удаляли ошибочные данные, используя мейнфреймы и бумажные распечатки.
«Это была кропотливая работа, потому что её нельзя было сделать цифровым способом — приходилось делать вручную», — вспоминает Жозефино Комиcо, пришедший в команду в 1977 году. Учёные анализировали изображения, зная, например, что в Антарктиде кромка льда непрерывна, и любое её нарушение указывало на ошибку.
Атласы морского льда
После многих лет тщательной работы команда учёных, включая Цвалли, Комиcо, Паркинсон и Кавальери, опубликовала изображения ESMR в двух атласах морского льда: антарктическом (1983) и арктическом (1987). Это были первые в своём роде публикации.
«Советские коллеги были настолько впечатлены, что перевели их на русский язык, воспроизведя наши цветные изображения», — сказал Комиcо. Атласы, показывавшие не только кромку льда, но и его внутреннюю структуру в разные месяцы и годы, стали важным навигационным инструментом для судов в полярных регионах.
На пути к современной эре
В 1978 году на спутнике Nimbus 7 был запущен более совершенный прибор SMMR с 10 каналами, позволивший различать молодой и многолетний лёд. Позже, с 1987 года, почти непрерывные наблюдения велись с помощью приборов SSM/I на спутниках ВВС США. Перекрытие в работе SMMR и SSM/I позволило создать практически непрерывную запись данных о морском льде, начиная с ноября 1978 года.
К концу 1980-х годов задача по установлению методов измерения морского льда была в основном решена. Однако в последующие годы, когда стало ясно, что арктический морской лёд претерпевает фундаментальные изменения, эти вновь созданные долгосрочные данные приобрели гораздо большее значение, чем просто инструмент для навигации. Алгоритмы, разработанные учёными из Goddard, до сих пор широко используются для определения ледового покрова по спутниковым данным, а их работа заложила основу для понимания одной из ключевых переменных климатической системы.