Kan satellitter bruges til at fastslå global opvarmning?

Tja, det er et åbent spørgsmål, som der ikke er noget endeligt svar på. En del af problematikken er skitseret her, og kunne passende starte med følgende spørgsmål:

Hvor meget er den globale temperatur steget de sidste 25 år?

Observationer ved Jordens overflade viser en overordnet trend på 0,17ºC pr. 10 år, men denne tendens har indtil nu ikke været bekræftet af satellitmålinger, som illustreret ved en række undersøgelser anført af John R. Christy fra USA’s National Space Science & Technology Center i Alabama. Han og hans kolleger mener, at temperaturen i de nederste kilometer af atmosfæren er kun er steget i mindre grad.

En ny undersøgelse ved Konstantin Vinnikov, University of Maryland, og Norman Grody, National Oceanic and Atmospheric Administration – ligeledes baseret på satellitmålinger af troposfæren – bekræfter tilsyneladende overflademålingerne, og antyder endda en hurtigere udvikling, 0,24ºC pr. 10 år.

Hvordan hænger det nu sammen? Det handler om forbehold…

Hvis man vil vurdere disse forskellige resultater, er det vigtigt at forstå, hvordan temperaturerne bliver målt. Som navnet siger, bliver overfladetemperaturer målt nær jorden (2 m's højde). Det har den konsekvens, at disse målinger ikke er globale, fordi der kun er få målinger i ørken-områder og polare egne. Situationen er endnu værre over store dele af oceanerne.

Som modvægt til det er der temperaturmålinger i atmosfæren, der foretages indirekte af satellitter i polære baner. Tolkningen af disse indirekte temperaturmålinger er dog ikke uden problemer.

Temperaturdata bliver udledt ved, at den temperatur-afhængige mikrobølge-stråling fra iltmolekyler bliver observeret. Denne stråling kommer fra et tykt lag i den nedre troposfære i ca. tre kilometers højde. Satellitternes baner ligger således, at hele verden kan observeres. Men der er desværre visse problemer med temperaturmålinger fra satellitterne:

• Temperaturer måles ikke direkte, men de bliver udtrykt som forskellen fra en "reference", dvs. satellitten "ser" skiftevis Jorden og et objekt, der har en veldefineret temperatur. Ved hjælp af forskellen mellem disse to målinger kan man bestemme den virkelige temperatur af atmosfæren. Referencetemperaturerne er dog ikke konstante, men ændrer sig i løbet af nogle år.
  Desuden er der små forskelle fra en satellit til den næste. Når en gammel satellit skal erstattes med en ny, er en kalibrering nødvendig. Dette er kun muligt, hvis både den gamle og den nye satellit er i rummet på samme tid. Men det gik galt nogle gange i 1980erne på grund af tekniske problemer.  

En af de satellitter, der bruges til temperaturmålinger: Den amerikanske Aqua. Grafik: NASA.

• Satellitterne kredser om Jorden i omkring 850 kilometers højde. Så langt oppe i atmosfæren er gnidningsmodstanden meget lille - men den er ikke betydningsløs. Det betyder, at satellitten bliver bremset langsomt i løbet af dens levetid på nogle år. Derfor synker den lidt ned og nærmer sig Jorden. Selv om effekten ikke er stor, så betyder det dog, at satellitten "ser" andre dele af atmosfæren, når den synker ned. Det kan vises ved hjælp af geometriske beregninger, at resultatet er en kunstig (dvs. ikke klimatisk) afkøling.
• Satellitternes bane er konstrueret sådan, at et bestemt punkt på Jordens overflade passeres samme tid hver dag. Men hvis satellitten synker ned i atmosfæren, så bliver dens bane kortere, og derfor bliver punktet passeret lidt tidligere fra dag til dag. Nogle punkter på Jorden skulle passeres om eftermiddagen, men med en kortere bane sker det tættere på middag, dvs. når temperaturen er større. Denne kunstige opvarmningseffekt er større end den omvendte effekt (kunstig afkøling, når punkter passeres tættere på midnat), fordi den daglige cyklus af temperaturen ikke er symmetrisk i forhold til middag. I alt er denne effekt næsten lige så stor som den kunstige afkøling på grund af satellitternes nedsynkning.

Dermed er der mange faktorer, der skal tages i betragtning, når satellitternes indirekte målinger skal konverteres til temperaturmålinger, som stemmer overens med de faktiske forhold i den nedre atmosfære.

Tiden er også væsentlig

Samtidig er det også vigtigt at tænke på, at vi kun har satellitmålinger fra 1979, hvilket gør det vanskeligt at udlede temperaturtendenser over længere årrækker.

Sidst men ikke mindst, så er der problematikken om, hvilke egenskaber, man tillægger det daglige og det årlige temperaturforløb for et givent punkt på Jorden. For at kunne vurdere hvor stor den ikke-klimatiske effekt er, skal man tage hensyn til alle reelle effekter, som påvirker temperaturen. Satellitten bliver i særdeleshed påvirket af det daglige temperaturforløb, hvis dens bane krydser et bestemt punkt på Jorden tidligere hver dag. Desværre kender vi ikke det daglige – eller for den sags skyld det årlige - temperaturforløb i den tykke lag, satellitten modtager mikrobølge-strålingen fra, særligt godt. Derfor er man nødt til at antage et forløb.

Temperaturforløbet

Christy og kolleger har valgt at antage at temperaturen fra morgen til middag udvikler sig mere eller mindre lineært, og de tillægger temperaturforløbet for året en lignende egenskab.

Vinnikov og Grody derimod antager, at dagens og årets temperaturforløb er mere cyklisk.

Hvordan man end vælger det, så skal disse egenskaber trækkes fra de temperaturmålingerne for at få øje en eventuel langvarig temperaturændring.

Dele af uenigheden mellem de forskellige forskere kan tilskrives denne forskellighed i behandlingen af det daglige temperaturforløb.

En anden del af forskellen ligger i, hvordan de to hold forskere vælger at tolke de tre ovenstående effekter af temperaturmålinger fra satellit. Forskerne omkring Christy kompenserer for alle effekter, men Vinnikov og Grody betragter den tredje effekt som en reel øgning af temperaturen.

En del af forskellen mellem målingerne ved jordoverfladen og målinger i troposfæren kan dog være reel. Det antydes i alle tilfælde ved sammenligning af radiosondemålinger med en række målinger fra bøjer. Samtidig gør den korte årrække, hvori man har kunne foretage denne slags målinger, det vanskelig at uddrage reelle klimatiske trends.

Science, vol. 302, p. 269-272.

For yderligere oplysninger: dr.scient. Martin Stendel, mas@dmi.dk, sektion for klima.

Af Martin Stendel
Redaktion: Bjarne Siewertsen, bsi@dmi.dk