EarthCARE ابرها را در مدلهای اقلیمی بالا میبرد
وفادار به وعدهاش، ماهواره EarthCARE که توسط سازمان فضایی اروپا (ESA) راهاندازی شد، هماکنون برای محاسبه مستقیم تأثیر ابرها و ذرات معلق بر توازن انرژی زمین – توازنی حیاتی که اقلیم ما را تنظیم میکند – به کار گرفته میشود. بدین ترتیب، EarthCARE آماده است تا دقت مدلهای اقلیمی را که ابزارهای اصلی هدایت سیاستگذاری و اقدامات جهانی در زمینه تغییرات آب و هوایی هستند، بهبود بخشد.
اگرچه امروزه میدانیم که ابرها و ذرات معلق بهطور کلی اثر خنککننده دارند، تعاملات آنها با انرژی ورودی از خورشید و با تابش حرارتی که زمین به فضا بازمیفرستد، بسیار پیچیده است و بهطور کامل درک نشده است.
در حالی که انتشار گازهای گلخانهای همچنان باعث گرم شدن کرهٔ زمین میشود، هنوز مشخص نیست ابرها چگونه واکنش نشان خواهند داد. برای مثال، کاهش پوشش ابرها میتواند نور بیشتری از خورشید به سطح زمین برسد و گرم شدن را تشدید کند.
ذرات معلق لایهای دیگر از عدم قطعیت را به ارمغان میآورند. این ذرات با بازتاب نور خورشید و همچنین افزایش بازتابپذیری و طولعمر ابرها تمایل به خنککردن اقلیم دارند. اما تحولات اخیر – از کاهش شدید آلودگیهای صنعتی تا انتشار انباشته دودهای جنگسوزی – میتوانند نقش اصلی آنها در سیستم اقلیمی را بهطور قابلتوجهی تغییر دهند. با این حال، تأثیر کامل این تغییرات هنوز واضح نیست.
پیشبینیهای تغییرات آینده اقلیمی بر پایهٔ مدلهای کامپیوتری هستند که جو، اقیانوسها و سامانهٔ گستردهٔ زمین را تحت سناریوهای مختلف شبیهسازی میکنند. بازنماییهای ابرها، ذرات معلق و تعاملات آنها با نور خورشید و تابش مادونقرمز در مدلهای اقلیمی بر اساس توصیفات ریاضی سادهسازیشدهٔ رفتار این پدیدهها است که غالباً به دادههای اندازهگیری و فرضیات فراوان متکی هستند.
EarthCARE که در ماه مه ۲۰۲۴ بهکار افتاده است – یک مأموریت Earth Explorer سازمان فضایی اروپا (ESA) که بههمراه آژانس فضایی ژاپن (JAXA) توسعه یافته – چهار ابزار تخصصی دارد که برای انجام اندازهگیریهای مختلف از ابرها و ذرات معلق بهصورت همزمان طراحی شدهاند.
این هماهنگی کلیدی است: با ترکیب این مشاهدات، EarthCARE میتواند ویژگیهای مهم ابرها مانند میزان آب موجود در آنها و اندازه ذرات ابر را تعیین کند. این اطلاعات، به نوبه خود، میتواند برای بهبود نحوهٔ بازنمایی این عوامل در مدلهای اقلیمی به کار رود و زمینهساز پیشبینیهای اقلیمی دقیقتر شود.
انیمیشن زیر دنبالهای از اندازهگیریهای بهدستآمده توسط EarthCARE بر فراز طوفان رگاسا نزدیک فیلیپین در تاریخ ۲۰ سپتامبر ۲۰۲۵ را نشان میدهد و مفهوم «پوشش تابش» را که یکی از اهداف علمی اصلی مأموریت است، به تصویر میکشد.
ابزارهای EarthCARE با همکاری یکدیگر بهبود مدلهای اقلیمی را تسهیل میکنند
دسترسی به ویدیو
در ابتدای انیمیشن، نحوه ترکیب دادههای رادار پروفیلساز ابرها (CPR)، لیدار جوی (ATLID) و تصویرساز چندطیفهای (MSI) EarthCARE برای استخراج برشهای عمودی از ویژگیهایی مانند محتویات آب ابرها و پیشآبها – یعنی آب موجود در قطرات مایع، بلورهای یخی، باران و برف – به نمایش درمیآید.
پس از آن، اطلاعات تصویری افقی MSI برای گسترش این پروفایلهای عمودی ابرها در سراسر مسیر ماهواره استفاده میشود. با شناسایی پیکسلهایی با ویژگیهای نوری مشابه، سیستم ساختار سهبعدی ابر را بازسازی میکند.
با بهکارگیری تکنیکی محاسباتی به نام مدلسازی انتقال تابشی، این نمایش سهبعدی ابر برای برآورد چگونگی پراکندگی نور ورودی خورشید توسط ذرات ابر و سطح زمین و در نتیجه مقدار بازتاب آن به فضا مورد استفاده قرار میگیرد.
در انیمیشن، این نور بازتابشدهٔ محاسبهشده بهصورت نواری افقی آبیرنگ و خط قرمز در بالای تصویر ظاهر میشود. سپس این مقدار با اندازهگیریهای مستقل توسط رادیومتر گسترده باند EarthCARE (BBR) که با خط زرد در بالای تصویر نشان داده شده، مقایسه میشود و توافق بین آنها بسیار خوب است.
Robin Hogan, Principal Scientist at the European Centre for Medium‑Range Weather Forecasts (ECMWF), said, “ما همیشه انتظار داشتیم EarthCARE به وعدهاش عمل کند و این نتایج بهراستی نشان میدهند که اینگونه است.
“در اینجا میبینیم که EarthCARE قادر است ویژگیهای دقیق ابرها و ذرات معلق را در جو استخراج کند و بلافاصله تأیید نماید که اثرات تابشی پیشبینیشده آنها با جریانهای انرژی خورشیدی و مادونقرمز که توسط ماهواره نیز اندازهگیری میشوند، سازگار است. این اعتبارسنجی بر روی خود ماهواره دادههای EarthCARE، اعتماد بیشتری به استفاده از ویژگیهای ابر و ذرات معلق برای آزمون و بهبود مدلهای اقلیمی میبخشد.”
بهعنوان یکی از مأموریتهای Earth Explorer سازمان فضایی اروپا (ESA)، EarthCARE یک مأموریت تحقیقاتی است، اما دادههای آن چنان قابل اعتماد هستند که در پیشبینیهای روزانهٔ هوا نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
Prof. Hogan explained, “ما در ECMWF میخواهیم دادههای EarthCARE را در زمان واقعی در مدل خود جذب کنیم: با ارائه یک تصویر دقیقتر از موقعیت ابرها در آغاز یک پیشبینی، این دادهها به مدل کمک میکنند تا تکامل سامانههای آب و هوایی را بهتر دنبال کند و پیشبینیهای قابلاعتمادتری ارائه دهد.”
“کار بر روی یکپارچهسازی جریانهای دادهای EarthCARE با سرعت پیش میرود و این سامانه به زودی بهصورت عملیاتی خواهد شد. بنابراین EarthCARE نه تنها درک ما از اقلیم را پیش میبرد، بلکه فواید فوری برای پیشبینی روزانه و خدمات اقلیمی نیز به ارمغان میآورد.”
EarthCARE بر فراز اروپا
دسترسی به ویدیو
مدیر مأموریت EarthCARE سازمان فضایی اروپا (ESA)، بیورن فرامکنت، افزود: “در ۱ دسامبر، در جریان دومین کارگاه مشترک که دانشمندان اروپایی، کانادایی و ژاپنی را گردهم آورد، مجموعهٔ کامل محصولات دادهٔ سطح ۲ EarthCARE برای اولین بار در دسترس عموم منتشر شد. این انتشار پس از انتشار دادههای سطح ۱ در ژانویه و برخی از دادههای سطح ۲ در ماه مارس صورت گرفت.
“این نسخه جدید شامل محصول مورد انتظار «پوشش تابشی» است که مستقیماً اندازهگیریهای ابرها و ذرات معلق را با جریانهای انرژی مشاهدشده ارتباط میدهد – و پنجرهای بیسابقه به فرآیندهایی که اقلیم زمین را شکل میدهند، فراهم میآورد.”
در دسترس قرار دادن کامل مجموعهدادهها بهصورت باز به این معناست که پژوهشگران در سراسر جهان میتوانند بهسرعت فرضیههای جدیدی را آزمایش کنند، مدلهای آب و هوایی و اقلیمی را اعتبارسنجی نمایند و بررسی کنند که چگونه تغییرات اخیر جوی — از دودهای جنگسوزی تا تغییرات آلودگی — بر توازن انرژی سیاره اثر میگذارند. این کار همچنین همکاریهای بینالمللی را تقویت میکند: با به اشتراکگذاری ابزارها و تخصصها بین سازمانها و قارهها، جامعهٔ EarthCARE پیشرفت علمی را تسریع میکند و دامنهٔ مأموریت را گسترش میدهد.
دادهها از سرویس توزیع آنلاین EarthCARE قابل دسترسی هستند.
همچنین اخبار JAXA را مطالعه کنید: همهٔ دادههای مشاهداتی اکنون بهصورت عمومی در دسترس هستند.