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Misurazione del ghiaccio dallo spazio con i satelliti ESA e NASA

Misurazione del ghiaccio dallo spazio con i satelliti ESA e NASA, le due agenzie spaziali insieme al British Antarctic Survey e a un team di scienziati si sono uniti di recente per realizzare un ambizioso campagna in Antartide.

Con la diminuzione del ghiaccio una delle maggiori vittime del nostro riscaldamento mondiale, è imperativo che continuino a essere effettuate misurazioni accurate per la ricerca scientifica e la politica climatica, nonché per applicazioni pratiche come il percorso delle navi.

Per ottenere i migliori risultati nella misurazione del ghiaccio con i satelliti e per preparare al meglio il nuovo satellite europeo CRISTAL, ESA e NASA hanno creato un team allargato insieme al British Antarctic Survey e a un team di scienziati per realizzare un ambizioso campagna in Antartide.

La campagna prevedeva misurazioni simultanee del ghiaccio marino dai satelliti CryoSat dell’ESA e ICESat-2 della NASA, e da un aereo che volava direttamente sotto i due satelliti.

È la prima volta che ciò avviene in Antartide

CryoSat trasporta un altimetro radar e ICESat-2 trasporta un laser. Entrambi gli strumenti misurano l’altezza del ghiaccio emettendo un segnale e calcolando il tempo impiegato dal segnale per rimbalzare sulla superficie del ghiaccio e tornare al satellite.

Conoscere l’altezza del ghiaccio consente agli scienziati di calcolare lo spessore, che, insieme alle misurazioni dell’estensione della copertura del ghiaccio, è vitale per capire come sta cambiando il volume del ghiaccio, sia il ghiaccio sulla terraferma che il ghiaccio che galleggia nel mare.

Questo è particolarmente difficile sul ghiaccio marino perché la neve può accumularsi sopra il ghiaccio.

Determinare lo spessore del ghiaccio marino implica misurare il “bordo libero” dei banchi di ghiaccio, l’altezza che sporge dall’acqua. Tuttavia, la neve può spingere il lastrone di ghiaccio nell’acqua, nascondendo il vero spessore del ghiaccio. Pertanto, è necessario applicare ai dati una correzione del carico di neve.

La combinazione delle misurazioni dei due satelliti consente agli scienziati di correggere questo effetto di carico di neve.

Mentre il radar di CryoSat penetra attraverso lo strato di neve e si riflette da vicino sul ghiaccio sottostante, il laser di ICESat-2 si riflette sulla parte superiore dello strato di neve. La fusione simultanea di letture laser e radar satellitari significa che le stime dell’altezza della neve saranno più affidabili.

I vincoli e le difficoltà delle misurazione del ghiaccio con i satelliti

Tuttavia, le correnti e il vento spostano il ghiaccio marino. In circostanze normali, i due satelliti effettuerebbero misurazioni nella stessa posizione a giorni di distanza, quindi potrebbe trattarsi di ghiaccio diverso sotto i loro normali percorsi orbitali. Il ghiaccio sulla terraferma è, ovviamente, meno dinamico.

Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di sfruttare appieno le misurazioni coincidenti registrate da ciascuna missione per monitorare il ghiaccio marino nell’Oceano Antartico.

Un paio di anni fa, l’ESA ha svolto il difficile compito di aumentare l’altezza orbitale di CryoSat di quasi 1 km per mettere in fase le sue tracce a terra con quelle di ICESat-2. Questa regolazione orbitale offre un’opportunità unica per confrontare le misurazioni coincidenti di entrambi i sensori satellitari.

Ora che gli scienziati stanno ottenendo due diversi tipi di misurazioni dello stesso ghiaccio marino, la recente campagna antartica è servita come fase essenziale di calibrazione inter-satellite e apre la strada all’uso futuro delle registrazioni di misurazioni satellitari separate.

Le applicazioni da aereo per la misurazione del ghiaccio

Oltre alla misurazione del ghiaccio con i satelliti, per la campagna è stato impiegato il velivolo DASH-7 del British Antarctic Survey. L’aereo è stato dotato di sensori all’avanguardia che simulano l’altimetro radar su CryoSat e il laser su ICESat-2. Era inoltre dotato di strumenti che misuravano la profondità della neve, l’albedo superficiale e la rugosità.

I voli dalla stazione di ricerca Rothera del Survey sono stati programmati per svolgersi esattamente mentre i satelliti orbitavano sopra, consentendo al team di raccogliere una serie di dati ad alta risoluzione sullo stesso ghiaccio marino. Ciò aiuterà il team a sviluppare algoritmi più accurati per migliorare le stime dello spessore del ghiaccio marino derivate dai satelliti.

Applicando questi algoritmi alla registrazione altimetrica radar storica del satellite come CryoSat, forniranno una serie temporale dello spessore del ghiaccio marino antartico che risale a decenni fa e colmeranno le lacune nella conoscenza del ghiaccio marino nelle regioni polari.

Il velivolo DASH-7 trasportava anche un set aggiuntivo di sensori simili a quelli che saranno trasportati nella nuova missione Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter, o CRISTAL in breve.

La missione di Copernicus CRISTAL

Invece di fare affidamento su misurazioni radar e laser da diversi satelliti, il radar di CRISTAL utilizzerà due diverse frequenze per misurare e monitorare lo spessore del ghiaccio marino, la profondità della neve sovrastante e l’elevazione della calotta glaciale.

CRISTAL garantirà la continuazione a lungo termine delle registrazioni dell’elevazione del ghiaccio e del cambiamento topografico dell’altimetria radar, in seguito a CryoSat e ad altre missioni sul patrimonio.

Questi dati supporteranno operazioni marittime sicure negli oceani polari e contribuiranno a una migliore comprensione dei processi climatici. CRISTAL supporterà anche le applicazioni relative alle acque costiere e interne, oltre a fornire osservazioni della topografia oceanica.

Andrew Shepherd, dell’Università di Leeds e principale consulente scientifico delle missioni CryoSat e CRISTAL, ha osservato: “Flying the DASH-7 è un’opportunità entusiasmante in quanto dimostra che possiamo colmare il divario che si presenterà tra CryoSat e CRISTAL“.

Il ricercatore dell’ESA, Isobel Lawrence, ha osservato: “La campagna in Antartide è stata essenziale per le misurazioni dallo spazio dello spessore del ghiaccio marino a prova di futuro“.

Lo scienziato della missione CRISTAL dell’ESA, Paolo Cipollini, ha aggiunto: “L’ESA sta sviluppando CRISTAL per il programma Copernicus dell’Unione Europea. Questa missione fornirà le osservazioni sostenute a lungo termine necessarie per il monitoraggio del clima polare, la ricerca sul clima e i servizi marini. E ci si aspetta anche che renda possibile una nuova entusiasmante scienza, in virtù del suo set di strumenti potenziato e ampliato”.

(Fonte: ESA)

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