Uzaydan geleceğe dönük buz ölçümleri

Isınan dünyamızın en büyük kayıplarından biri olan buzların azalmasıyla, bilimsel araştırma ve iklim politikasının yanı sıra gemi rotası gibi pratik uygulamalar için doğru ölçümlerin yapılmaya devam edilmesi zorunludur.

ESA ve NASA’nın buz ölçüm uydularından en iyi şekilde yararlanmalarını sağlamak ve Avrupa’nın yeni CRISTAL uydusuna hazırlanmaya yardımcı olmak için, iki uzay ajansı İngiliz Antarktika Araştırması ve bir bilim adamları ekibi yakın zamanda iddialı bir proje yürütmek üzere bir araya geldi. Antarktika’da kampanya.

Kampanya, ESA’nın CryoSat ve NASA’nın ICESat-2 uydularından ve doğrudan iki uydunun altından uçan bir uçaktan eşzamanlı deniz buzu ölçümleri almayı içeriyordu.

Bu, Antarktika’da ilk kez yapılıyor.

CryoSat bir radar altimetre taşır ve ICESat-2 bir lazer taşır. Her iki cihaz da bir sinyal yayarak buzun yüksekliğini ölçer ve sinyalin buz yüzeyinden yansıyıp uyduya geri dönmesinin ne kadar sürdüğünü ölçer.

Buzun yüksekliğini bilmek, bilim adamlarının kalınlığı hesaplamasına olanak tanır – bu, buz örtüsünün kapsamının ölçümleriyle birlikte, hem karadaki buz hem de denizde yüzen buz hacminin nasıl değiştiğini anlamak için hayati önem taşır.

Bu, özellikle deniz buzu üzerinde zordur çünkü buzun üzerinde kar birikebilir.

Deniz buzunun kalınlığının belirlenmesi, buz kütlelerinin “friboard”unun (sudan çıkıntı yapan yüksekliğin) ölçülmesini içerir. Ancak kar, buzun gerçek kalınlığını gizleyerek kütleyi suya doğru itebilir. Bu nedenle verilere bir kar yükleme düzeltmesi uygulanmalıdır.

İki uydudan alınan ölçümleri birleştirmek, bilim adamlarının bu kar yükleme etkisini düzeltmesine olanak tanır.

CryoSat’ın radarı kar tabakasını delip aşağıdaki buzdan yakından yansıtırken, ICESat-2’nin lazeri kar tabakasının tepesinden yansır. Eşzamanlı uydu lazeri ve radar okumalarını birleştirmek, kar derinliği tahminlerinin daha güvenilir olacağı anlamına gelir.

Bununla birlikte, akıntılar ve rüzgar deniz buzunu hareket ettirir. Normal şartlar altında, iki uydu günler arayla aynı konum üzerinde ölçümler yapacaktır, bu nedenle normal yörünge yolları altında farklı buzlar olabilir. Karadaki buz elbette daha az dinamiktir.

Şimdiye kadar bilim adamları, Güney Okyanusu’ndaki deniz buzunu izlemek için her görev tarafından kaydedilen tesadüfi ölçümlerden tam olarak yararlanamadılar.

Birkaç yıl önce ESA, CryoSat’ın yörünge yüksekliğini ICESat-2’ninkilerle aynı seviyeye getirmek için yaklaşık 1 km yükseltme gibi zorlu bir görevi yerine getirdi. Bu yörünge ayarı, her iki uydu sensöründen gelen çakışan ölçümleri karşılaştırmak için eşsiz bir fırsat sağlar.

Artık bilim adamları aynı deniz buzu için iki farklı ölçüm türü alıyorlar, son Antarktika kampanyası önemli bir uydular arası kalibrasyon adımı olarak hizmet etti ve ayrı uydu ölçüm kayıtlarının gelecekte kullanılmasının yolunu açtı.

Kampanya için, İngiliz Antarktika Araştırması’nın DASH-7 uçağına, CryoSat’taki radar altimetreyi ve ICESat-2’deki lazeri taklit eden son teknoloji sensörler takıldı. Ayrıca kar derinliğini, yüzey albedosunu ve pürüzlülüğü ölçen aletlerle donatıldı.

Survey’in Rothera Araştırma İstasyonundan yapılan uçuşlar, tam olarak yukarıda yörüngede dönen uydularla aynı olacak şekilde zamanlandı ve ekibin aynı deniz buzu üzerinde bir dizi yüksek çözünürlüklü veri toplamasına olanak sağladı. Bu, ekibin uydu kaynaklı deniz buzu kalınlığı tahminlerini iyileştirmek için daha doğru algoritmalar geliştirmesine yardımcı olacaktır.

Bu algoritmaları, CryoSat gibi tarihi uydu radar altimetri kaydına uygulayarak, onlarca yıl öncesine uzanan Antarktika deniz buzu kalınlığının bir zaman serisini sağlayacak ve kutup bölgelerindeki deniz buzu bilgisindeki boşlukları dolduracaklar.

DASH-7 uçağı ayrıca, yeni Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter veya kısaca CRISTAL görevinde taşınacak olanlara benzer ek bir sensör seti taşıdı.

Farklı uydulardan alınan radar ve lazer ölçümlerine güvenmek yerine, CRISTAL’in radarı deniz buzu kalınlığını, üstteki kar derinliğini ve buz tabakası yüksekliklerini ölçmek ve izlemek için iki farklı frekans kullanacak.

CRISTAL, CryoSat ve diğer miras görevlerinin ardından radar altimetri buz yüksekliği ve topografik değişiklik kayıtlarının uzun vadeli devam etmesini sağlayacaktır.

Bu veriler, kutup okyanuslarında güvenli denizcilik operasyonlarını destekleyecek ve iklim süreçlerinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunacaktır. CRISTAL, okyanus topografyasının gözlemlenmesinin yanı sıra kıyı ve iç sularla ilgili uygulamaları da destekleyecektir.

Leeds Üniversitesi’nden ve CryoSat ve CRISTAL misyonlarının baş bilimsel danışmanı Andrew Shepherd, “DASH-7’yi uçurmak, CryoSat ve CRISTAL arasında ortaya çıkacak boşluğu kapatabileceğimizi gösterdiği için heyecan verici bir fırsat” dedi.

ESA Araştırma Görevlisi Isobel Lawrence, “Antarktika’daki kampanya, uzaydan deniz buzu kalınlığı ölçümlerinin geleceğe hazır hale getirilmesinde çok önemli olmuştur.”

ESA’nın CRISTAL misyon bilimcisi Paolo Cipollini, “ESA, Avrupa Birliği’nin Copernicus programı için CRISTAL geliştirme sürecindedir. Bu misyon, kutupsal iklim izleme, iklim araştırması ve denizcilik hizmetleri için hayati derecede ihtiyaç duyulan sürekli, uzun vadeli gözlemleri sağlayacaktır. Ayrıca, geliştirilmiş ve genişletilmiş araç seti sayesinde heyecan verici yeni bilimi mümkün kılması bekleniyor.”