Vanuit hun unieke invalshoek leveren satellieten belangrijke wetenschappelijke informatie om het klimaat te begrijpen.
Satellieten hebben de aarde de afgelopen vijf decennia tot op de dag van vandaag voortdurend geobserveerd. Deze informatie helpt wetenschappers om de evolutie van de belangrijkste componenten van het klimaat in kaart te brengen, de processen van het aardsysteem beter te begrijpen, toekomstige veranderingen te voorspellen en internationale actie te stimuleren.
Vanuit de ruimte is het bewijs voor de klimaatverandering overtuigend.
Ongekende niveaus van broeikasgassen
De niveaus van koolstofdioxide en methaan in de atmosfeer - de belangrijkste aanjagers van door de mens veroorzaakte klimaatverandering - liggen op recordhoogte en blijven stijgen.
Satellieten worden gebruikt om de kleinste verandering in de atmosferische concentratie te detecteren. Ze laten zien dat het koolstofdioxidegehalte in 2018 tot 407 ppm is gestegen, terwijl de methaanconcentratie nu ongeveer 150% boven het pre-industriële niveau ligt (Buchwitz, M. et al. 2018) - en nog steeds stijgt.
Door deze kleine veranderingen nauwkeurig te detecteren - tot 1 miljoenste deel voor koolstofdioxide - helpen satellietwaarnemingen de wetenschappelijke gemeenschap om de mondiale klimaatmodellen te verbeteren en om het waarschijnlijke opwarmingseffect en de gevolgen van de toename van broeikasgassen in de atmosfeer beter te voorspellen.
Het Climate Change Initiative Greenhouse Gas project van ESA brengt de wereldwijde verspreiding van koolstofdioxide en methaan in de onderste delen van de atmosfeer in kaart. Het team doet onderzoek naar de verbetering van de huidige operationele producten die oorspronkelijk door het Climate Change Initiative zijn ontwikkeld, maar nu jaarlijks worden overgedragen en uitgebreid door de Copernicus Climate Change Service van de Europese Unie.
Het projectteam gebruikt gegevens van de nieuwste generatie satellieten, waaronder de Copernicus Sentinel-5P missie, NASA's Orbiting Carbon Observatory (OCO-2), en de TanSat missie van de China National Space Administration om deze broeikasgassen tot in het kleinste detail te observeren. Deze satellieten leveren gegevens met een nog hogere ruimtelijke resolutie en zijn uitgerust met de mogelijkheid om onderscheid te maken tussen natuurlijke- en menselijke bronnen van koolstofdioxide en methaan. Deze metingen ondersteunen op hun beurt het beleid voor emissiereductie, zoals het Akkoord van Parijs, dat zich richt op de opwarming van de aarde.
Het krimpen van de cryosfeer is wijdverspreid
De cryosfeer - de gebieden op aarde waar het water bevroren is - speelt een belangrijke rol in het matigen van het wereldklimaat.
De opwarming van de aarde heeft de afgelopen decennia geleid tot een wijdverspreide inkrimping van de cryosfeer, waaronder de polaire ijskappen en gletsjers, de aardse sneeuwlaag, de omvang en dikte van het ijs in de Noordelijke IJszee. Ook de permafrost temperatuur stijgt, volgens een recent rapport van het IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019).
In deze vaak uitgestrekte, afgelegen gebieden hebben de satellieten cruciale inzichten verschaft in de snelle veranderingen die aan de gang zijn.
Veranderende ijskappen
Polaire ijskappen zijn verantwoordelijk voor de opslag van meer dan 99% van het zoetwater ijs op het land. Zelfs bescheiden veranderingen in deze polaire ijskappen kunnen het mondiale zeeniveau beïnvloeden, de kustoverstromingen doen toenemen en de oceaanstromingen verstoren.
Zowel de Antarctische als de Groenlandse ijskappen veranderen snel. Een recente door ESA / NASA gefinancierde internationale evaluatie toont aan dat ze zes keer zo snel ijsmassa verliezen als in de jaren negentig - een tempo dat momenteel het high-end klimaatopwarming scenario van het IPCC volgt (IMBIE Shepherd, A. et al. , 2020).
Het totale verlies aan ijsmassa in Groenland en Antarctica wordt geschat op 6,4 biljoen ton tussen 1992 en 2017, waardoor de wereldwijde zeespiegel met 17,8 millimeter stijgt.
Van de totale zeespiegelstijging als gevolg van smeltende poolkappen was ongeveer 60% (10,6 millimeter) te wijten aan ijs-verliezen op Groenland en 40% aan Antarctica (7,2 millimeter).
Met behulp van satellietgegevens schatten wetenschappers dat het smelten van de poolkappen verantwoordelijk is voor een derde van alle zeespiegelstijging.
Terugtrekkende gletsjers
Het massaverlies van de gletsjers hangt samen met de stijging van de luchttemperatuur, waardoor ze een betrouwbare indicator zijn voor de klimaatverandering. In een opwarmende wereld draagt hun smeltwater bij aan de stijging van de zeespiegel en deze veranderingen beïnvloeden de beschikbaarheid van water over de hele wereld.
Satelliet helpen om veranderingen in gletsjers op lange termijn in kaart te brengen op lokale-, regionale- en wereldwijde schaal. Het vermogen om op afstand het veranderende oppervlak, de hoogte, de massa en de snelheid waarmee gletsjers stromen te monitoren, helpt om in te schatten hoe deze factoren bijdragen aan de stijging van de zeespiegel en het vrijkomen van meer zoet water.
Gletsjers over de hele wereld hebben sinds 1961 meer dan 9.000 gigaton (negen biljoen ton) ijs verloren (Zemp, M., et al., 2019). Wetenschappers schatten dat het verlies aan gletsjerijs tussen 1993 en 2017 21 % van de wereldwijde zeespiegelstijging heeft veroorzaakt (WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018).
De sleutel tot het beoordelen van gletsjers, historische veranderingen of het modelleren van hun toekomstige evolutie, is het bestaan van een gedetailleerde inventarisatie - een verzameling van belangrijke fysische kenmerken. Het gletsjer project van het ESA Climate Change Initiative leverde een derde van de 198.000 gletsjer beschrijvingen die de Randolph Glacier Inventory omvatten; de eerste volledige inventarisatie ter wereld. Deze inventarisatie levert het gezaghebbende bewijs van de trends en levert een belangrijke bijdrage aan de beoordeling van de veranderingen in de zeespiegel in het vijfde evaluatierapport van het IPCC.
Afnemend zee-ijs
De afname van het poolijs op de lange termijn is een van de duidelijkste aanwijzingen voor klimaatveranderingen op aarde.
Vanuit de ruimte kunnen we een langdurige afname van de omvang van het Arctische zee-ijs waarnemen, in alle maanden vanaf 1979 tot heden.
De sterkste afname wordt jaarlijks aan het eind van de zomer waargenomen en schattingen geven aan dat de oppervlakte van het zee-ijs is gedaald van 8 miljoen km² in de late jaren zeventig van de vorige eeuw tot ongeveer 4 miljoen km², de laagste omvang, in de loop van 2012.
De satellietmetingen van het zee-ijs, dat gezamenlijk is ontwikkeld door het Climate Change Initiative (CCI) Sea Level project van het ESA en het EUMETSAT OSI SAF, strekt zich uit over een periode van meer dan veertig jaar tot op heden. Het is een belangrijk instrument dat de wetenschappelijke gemeenschap in staat stelt de nauwkeurigheid van de voorspellingen van klimaatmodellen te evalueren en te verbeteren, en veranderingen te volgen en trends met meer vertrouwen te beoordelen.
Met behulp van deze gegevens hebben klimaatmodellen een duidelijk verband gelegd tussen de afnemende zomerse bedekking van de ijslaag in het noordpoolgebied en de cumulatieve uitstoot van koolstofdioxide door menselijke activiteiten.
In een recente studie wordt geschat dat voor elke ton koolstofdioxide-uitstoot drie vierkante meter Arctisch zee-ijs verloren gaat (Notz and Stoeve, 2016).
De nieuwste generatie klimaatmodellen, die zijn gevalideerd met behulp van de ESA CCI-zee-ijs-satellietmetingen, geven aan dat de Noordelijke IJszee in de zomermaanden al in 2050 ijsvrij zou kunnen zijn.
Stijgende zeespiegel
De zeespiegel is in de 20e eeuw wereldwijd met ongeveer 15 cm gestegen en stijgt momenteel meer dan twee keer zo snel met een snelheid van 3,6 mm per jaar (tussen 2006-2015).
Volgens het speciale IPCC-rapport over de oceaan en de cryosfeer in een veranderend klimaat zou de zeespiegelstijging 60-110 cm kunnen bereiken tegen 2100 in modellen die uitgaan van de veronderstelling dat landen weinig actie zullen ondernemen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Hierdoor zouden overstromingen jaarlijks voorkomen, waardoor de risico's zouden toenemen voor 1,9 miljard mensen die in laaggelegen kustgebieden wonen.
Belangrijke bijdragen aan de stijging van de zeespiegel zijn: thermische uitzetting als gevolg van de stijgende zeewatertemperatuur en de toevoeging van zoet water wanneer ijskappen en gletsjers massa verliezen. We weten dit omdat gespecialiseerde sensoren op de aardobservatiesatellieten de temperatuur van het zeeoppervlak en de veranderingen in ijs en gletsjers meten.
Door het samenvoegen van waarnemingen van 11 verschillende satelliet-missies heeft het ESA Climate Change Initiative Sea Level project een zeer nauwkeurig en ononderbroken 25-jarige reeks metingen van de hoogte van het zeeoppervlak gegenereerd (Ablain, M. et al.(2017); Legeais, J-F. et al. (2018)).
Een nauwkeurig inzicht in de veranderingen in de mondiale zeespiegel, met inbegrip van belangrijke regionale verschillen, is van vitaal belang voor de internationale gemeenschap om een doeltreffend antwoord op deze stijging te kunnen ontwikkelen.
De zeespiegel stijgt niet overal gelijkmatig: metingen die alleen via de satelliet mogelijk zijn, laten zien hoe de zeespiegel over de hele wereld varieert als gevolg van de wind, de atmosferische druk, de bodem van de oceaan, de rotatie van de aarde en de temperatuur en het zoutgehalte van het water.
Afnemende sneeuwbedekking en sneeuwmassa
Sneeuwbedekking is zeer gevoelig voor een stijging van de temperatuur. Satellietgegevens laten zien dat naarmate de temperatuur op aarde stijgt, de omvang van de sneeuw met een snelheid van (-0,55 ± 0,21) × 106 km² per decennium afneemt in het voorjaar over het hele noordelijk halfrond in de jaren tachtig en in de 21e eeuw (Thackeray, C. et al. (2016)).
Het Climate Change Initiative Snow project van ESA geeft de eerste betrouwbare schatting van de verandering van de sneeuwmassa, met behulp van een 39-jarige wereldwijde tijdreeks op basis van passieve microgolf-satellietwaarnemingen. Er zijn continentale trends waargenomen. Zo is de sneeuwmassa in heel Noord-Amerika met 46 gigaton per decennium afgenomen. Hoewel dit niet werd weerspiegeld in Eurazië, werd daar een hoge regionale variabiliteit waargenomen.
Op basis van de huidige trends en de drempel van 1,5 °C stijging van de oppervlaktetemperatuur voorspellen de klimaatmodellen dat de sneeuwmassa in Midden-Noord-Amerika, West-Europa en Noordwest-Rusland tot 40% zal afnemen ten opzichte van 1986-2005.
Bewaking van het klimaat vanuit de ruimte
Metingen van ESA-missies leveren een substantiële bijdrage aan de klimaatmonitoring. Waarnemingen uit het 40-jarige satelliet archief van ESA en uit de huidige ESA-missies, de Copernicus Sentinels en missies van derden worden door het CCI programma van ESA gebruikt om consistente gegevens voor de lange termijn over de hele wereld te genereren voor 21 belangrijke Essentiële Klimaat Variabelen (EKV).
Deze betrouwbare gegevens ondersteunen het UNFCCC-proces dat de internationale klimaatactie aanstuurt. Ze worden gebruikt in combinatie met Earth System Models om oorzaken, interacties en terugkoppelingen als gevolg van de klimaatverandering te bestuderen. Ook kunnen voorraden en stromen van energie, water en koolstof en kritische veranderingen (kantelpunten) worden bestudeerd.
Verkennen van de klimaatgegevens
Bezoek Ontdek om de klimaatgegevens die worden geproduceerd door het programma van het Europees Ruimteagentschap voor het CCI te bekijken.