A légkör műholdas magasságának mérését a különböző magasságokban, a talaj és a tenger magasságában a földi fényerőre érzékeny szenzorok különböző hullámhosszakon történő mérésének értelmezésével végezzük. A meteorológiai műholdak most már gyakran több mint 10 ilyen érzékelők szonda a légkörbe, hogy azonosítsa a szerkezete felhők és időjárási rendszerek hatásainak városi hősziget , az óceáni áramlatok , a jelenségeket El Niño , a fények erdő , vulkanikus kibocsátások és a szennyező iparágakét.
Az érzékelők elég kifinomult rendszere óta gyűjtött adatbázis lehetővé teszi a földgömb átlagos hőmérsékletének alakulását is. 1978 óta az Országos Óceáni és Légköri Igazgatóság cirkumpoláris műholdjainak infravörös érzékelőiből származó adatok, amelyek a légkör nagy rétegében az oxigén hőtermelését mutatják, a troposzféra felmelegedését és a sztratoszféra lehűlését mutatják a globális felmelegedés koncepciójának megfelelően. .
A műholdak nem közvetlenül mérik a hőmérsékletet. Az infravörös tartományban a légkör és a tenger fényerejére érzékeny érzékelőkkel ( radiométerekkel ) rendelkeznek . A műholdas adatok gyakorlatilag az egész földgömböt jó pontossággal lefedik. Csak az északi és déli 85 fok feletti szélességi köröknél van kevesebb adat, mivel a geostacionárius műholdaknak van legelési szöge és a poláris keringő műholdak ritkábban haladnak .
Mivel a légkör nagyon kevés elnyeli az óceán által kibocsátott infravörös hősugárzást, a 10,5 és 12,5 μm közötti hullámhossz meg tudja mérni a tenger és a földfelszín felszínének hőmérsékletét egy geostacionárius műhold felől. Egy gördülő műhold viszont megkapja a függőleges hőmérsékleti profil becslését a szén-dioxid- abszorpciós sáv felhasználásával , amelynek középpontja 15 μm . Felhők jelenlétében inkább az oxigén milliméteres hullámokban történő abszorpciós sávját használják.
A hőmérséklet eléréséhez el kell végezni az adatok számítógépes feldolgozását, köszönhetően a fekete test sugárzására vonatkozó Planck-törvény alkalmazásának .
A kapott függőleges hőmérsékleti profil az átalakítás pontosságától és az érzékelőktől függ. Különböző csoportok elemezték a rendelkezésre álló adatokat, és bár az eredmények hasonlóak voltak, az alkalmazott algoritmusok korlátai miatt nem voltak teljesen egyformák. A kapott hőmérsékleti bankok között megtalálható a Huntsville-i Alabamai Egyetem ( UAH műholdas hőmérséklet-adatkészlet ) és a Remote Sensing Systems vállalat .
Ez a két adatsor olyan műholdak több generációjának adataiból származik, amelyek érzékelői nem homogének. Valójában az eszközöket a meteorológiai műholdak egymást követő generációi alatt fejlesztették. Az első szenzorok adatai ezért nem azonos felbontásúak vagy azonos érzékenységűek, mint a legújabb szenzorok adatai. Ezen túlmenően, az életkor előrehaladtával minden érzékelő fokozatosan megváltoztatja jellemzőit, mint bármely elektronikus eszköz. Az érvényes folytonosság eléréséhez elengedhetetlen a felületi adatokkal és a felső levegővel végzett kalibrálás .
Tiszta időben a földi fénysűrűség fejlett, nagyon nagy felbontású radiométereken keresztül adja meg a hőmérsékletet a Föld felszínén ( AVHRR rövidítés ). A tengerfelszín hőmérsékletének adatai így 1967 óta állnak rendelkezésre, a globális tengeri térképeket pedig 1970 óta készítik. 1982 óta ezeket az adatokat egyre pontosabban használják, és meteorológiai előrejelzésekhez használják , különös tekintettel a tropikus ciklonok kifejlesztésére. Egy másik példa: az El Niño jelenséggel járó hőmérséklet-változásokat az 1980-as évek óta követik.
Szigeteken és kontinenseken a mérések nehezebbek, mert a felületek nem homogének. Az éghajlat felmelegedésére és a városi hőszigetekre vonatkozó vizsgálatok azonban még mindig elérhetőek műholdak segítségével. Az AVHRR-k használata tiszta időben lehetővé teszi az időjárási frontokhoz kapcsolódó különböző légtömegek megtekintését.
Borús napon az adatokat Dvorak-technikával használják a szem és a felhő teteje közötti hőmérséklet-különbség megszerzésére egy trópusi ciklon közepe körül, hogy megbecsüljék a maximális tartós szél és a központi rendszer nyomását.
A meteorológiai műholdak fedélzetén található fejlett pályás radiométerek (AATSR rövidítés) lehetővé teszik az erdőtüzek észlelését, amelyek 308 Kelvin (34,85 ° C) feletti „meleg pontként” jelennek meg . A Terra műholdak közepes felbontású képalkotó spektrális radiométerei erdőtüzeket, kitörő vulkánokat és ipari forró pontokat is képesek észlelni.
1979 óta a NOAA TIROS műholdas infravörös hangmérő egysége méri az oxigénből származó infravörös intenzitás intenzitását. Ez a sugárzás arányos a légkör nagy rétegének hőmérsékletével, az elmélet szerint, valamint gyakorlatilag a rádiószonda adatokkal való összehasonlítással . Különböző frekvenciákon jegyzik fel őket, mindegyik egy adott magassági zónához kapcsolódik. Ezen érzékelők 2. csatornájának frekvenciája nagyjából megfelel a troposzféra hőmérsékletének , a maximális Gauss-súlyozás körülbelül 350 hPa (a jelerősség fele 40 hPa és 800 hPa ). Van azonban némi átfedés az alsó sztratoszférával, és annak minimalizálása érdekében Roy Spencer és John Christy kutatók olyan algoritmust fejlesztettek ki, amely egyesíti a különböző műholdas megfigyelési szögekből származó adatokat, és amely a maximumot közelíti a talajhoz 650 hPa-ig, de erősíti a háttérzajt és megnehezíti az adatok kalibrálását az egyik műholdról a másikra. Ezt az algoritmust fokozatosan fejlesztették különböző javítások.
1979 óta ugyanazok a műholdak sztratoszférikus hangjelző egységgel rendelkeznek. Ez egy 15 μm-es hullámhossz körüli infravörösre érzékeny radiométer, amely a sugárzás szén-dioxid-abszorpciójával függ össze (CO 2). Mivel felszívódás a nyomással arányos, az egység három érzékelő, mely felosztja a sztratoszféra három rétegből középpontú 29 km , 37 km és 45 km tengerszint feletti, attól függően, hogy a sűrűsége a felszívódás.
A különböző érzékelők normalizált és kalibrált eredményeinek kombinálásával megjelennek a troposzféra és a sztratoszféra hőmérsékleti trendjei. A táblázat az eredmények tendenciájának instabilitását mutatja (° C / 10 év), és az adatbázis történelmi viszonylatban csak viszonylag rövid időszakot (1978-tól napjainkig) fed le, ami megnehezíti az elemzést. Christy és munkatársai tanulmánya azonban jó egyetértést mutat az azonos időszakra vonatkozó trópusi rádiószonda adatokkal. Ez azt mutatja, egy troposzférában felmelegedés Tropics a 0,09 , hogy 0,12 ° C per évtized, egy hiba ± 0,07 ° C-on . Más vizsgálatok kissé eltérő értékeket kapnak (+0,137 ° C és +0,20 ° C ± 0,05 ° C ), de a melegedéssel egyetértésben.
Év | Variancia (° C / 10 év) |
Év | Variancia (° C / 10 év) |
Év | Variancia (° C / 10 év) |
Év | Variancia (° C / 10 év) |
Év | Variancia (° C / 10 év) |
Év | Variancia (° C / 10 év) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1991 | 0,087 | 1992 | 0,024 | 1993 | −0.013 | 1994 | −0.003 | 1995 | 0,033 | 1996 | 0,036 |
1997 | 0,040 | 1998 | 0.112 | 1999 | 0,105 | 2000 | 0,095 | 2001 | 0,103 | 2002 | 0.121 |
2003 | 0.129 | 2004 | 0,130 | 2005 | 0,139 | 2006 | 0,140 | 2007 | 0,143 |
Az alacsonyabb sztratoszféra hőmérsékletének fokozatos lehűlését a műholdas adatok mutatják be. Tanulmányok szerint az ilyen lehűlést elsősorban az ózonréteg pusztulása , valamint a vízgőz és más üvegházhatású gázok tartalmának növekedése okozza . Ez a jelenség azonban átmenetileg megfordult a nagy vulkánkitörések néhány epizódja során, például El Chichón (1982) és a Mount Pinatubo (1991) során, az ózonkoncentráció következő két évben bekövetkezett növekedését követően.
A légkör ilyen viselkedése, nevezetesen a troposzféra felmelegedése és a sztratoszféra lehűlése összhangban van a globális felmelegedéssel .