GPS衛星からの広帯域放射測定により、夏季の北極海のアルベドが海氷の後退よりも急速に減少することが明らかになった

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13769 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

夏至の周囲±40日間の北極からの新しい測定結果では、北緯80度以上の北からの太陽光の反射が20～35%減少することが示されています。 北極の海氷面積は同じ期間で 7 ～ 9% 減少しており (NSIDC の報告によると)、海氷の後退に加えて北極の海氷アルベドが減少していることを示唆しています。 同様の南極での測定値は、北極での測定値と比較するためのベースラインとなります。 南極 80 度以南の南極の太陽光の反射率は北極の反射率より最大 30% 大きく、夏至を中心に対称であり、南極の反射率が一定であることを意味します。 夏至から 20 日後の北極の反射太陽光は、南極の反射太陽光よりも 100W/m2 少ないです。 参考までに、これは 1 時間あたり 1 mm を超える氷を溶かすのに十分な熱です。 北極増幅における海氷アルベドの役割をさらに定量化するには、この発見を気候モデルおよび再解析データセットと比較する必要があります。 測定は、2014 年から 2019 年にかけて、全地球測位システム衛星に搭載された未発表のピクセル化放射計を使用して行われました。GPS 軌道により、各放射計は地球の 37% を瞬間的かつ継続的に表示し、毎日 2 回は北極と南極の完全な表示を提供します。 さらに、GPS コンステレーションは、地球全体を常時カバーし、概観性の低い地球ビューを提供する既存の限られた視野の機器を補完するデータを提供する可能性があります。

北極地域の急速に変化する気候は、1970 年代以来、最小（9 月）の海氷面積がほぼ 40% 減少するなどの現象を引き起こしています1、2、3。 地球の他の地域と比べて、北極地域の温暖化速度がより速いこと（北極または極地増幅と呼ばれる）を説明するために、いくつかの理論が開発されています。 北極の増幅の背後にある可能性のある理由としては、「海氷と積雪の喪失による夏のアルベドの減少、北極大気中の総水蒸気含有量の増加、夏の総曇りの変化、より広い範囲にわたって新たに形成された海氷によって発生する追加の熱」が挙げられます。秋の水域、熱と湿気の北方への輸送、そして亜熱帯に比べて北極から宇宙への熱損失率が低い。」5,6。 気候モデルに基づく分析は、北極増幅の背後にある原因の解釈と仮説を推進します。 いくつかの分析では、海氷のアルベドフィードバックが北極増幅を引き起こしている可能性が高いことが判明しています7、8、9、10、11、12。 アルベド フィードバックは、(1) 氷塊の後退を引き起こす海氷の融解、および (2) 変化する表面融解による残りの氷の反射率またはアルベドの減少によるものです13、14、15、16、17、18。雪と氷の表面の反射率、および反射率の低い溶けた池の形成。 ほとんどの気候システム分析では、海氷の後退がアルベドの減少における重要な影響であると認識されています9,14,19,20が、残りの海氷のアルベドの減少21,22,23の役割についてはあまり言及されていません。 気候学的に重要な（つまり、数十年にわたる）十分な年にわたる北極の包括的なアルベド測定の最近の分析は、数が少ないようです。

地球から反射された太陽光の測定は、米国政府が高度 20,200 km にある 7 基の全地球測位システム (GPS) 衛星 24 で運用しているピクセル化広帯域シリコン放射計 (0.4 ～ 1.0 μm、可視から近赤外線または VNIR) によって行われています。 GPS ピクセル化放射計は 2013 年から測定値を収集しており、2040 年まで継続する予定です。これらの測定器からのデータは、NASA の雲と地球放射エネルギー システム (CERES) プロジェクト 25、26、27 や地球の放射線を決定するためのその他の測定に貴重な補足を提供する可能性があります。地球上のすべての点を監視する複数の衛星で地球全体を常時カバーすることで、バランスを保ちます28、29。 CERES プログラムには、極地に近い低高度のほぼ円形の軌道上にある 4 つの衛星に搭載された 6 つの放射計パッケージ FM-1 から FM-6 があります。 FM-1 と FM-2 はテラ衛星に搭載され、FM-3 と FM-4 はアクア衛星に搭載され、どちらも 1997 年に高度 705 km の軌道で打ち上げられました。 FM-5は2009年に打ち上げられたS-NPP衛星に搭載され、FM-6は2014年に834kmの軌道で打ち上げられたNOAA-20に搭載されています。 この記事の執筆時点 (2023 年) では、Terra と Aqua は寿命に近づいている可能性があります。 CERES 機器にはそれぞれ、短波 (0.3 ～ 5.0 ミクロン)、窓 (8 ～ 12 ミクロン)、全波 (0.3 ～ 100 ミクロン) の 3 つのボロメータベースの均一スペクトル応答放射計チャネルがあります。 中解像度イメージング分光計 (MODIS)30 ハイパースペクトル イメージャは Terra および Aqua に搭載されており、可視赤外線イメージャ-放射計スイート (VIIRS)31 ハイパースペクトル イメージャは Suomi NPP および NOAA-20 に搭載されています。 MODIS および VIIRS スペクトル バンドは静止気象衛星イメージャ バンドに似ているため、CERES 測定値を CERES から MODIS/VIIRS へ気象画像に転送して、地理的および時間的に放射測定範囲を提供できます。 CERES は極地を頻繁にカバーしていますが、継続的ではありません。 GPS 放射計は、広範な CERES 機器スイートよりもスペクトル範囲が狭く、以下で詳細に説明しますが、GPS 放射計は、(1) 反射太陽光を測定するためのより優れた地球全土のフルタイム範囲、特にフルタイムの測定で CERES を補完する可能性があります。静止軌道からは見えない極地域をカバーすること、および (2) 角度反射率の変化をサンプリングするために地球上のすべての点を同時に複数表示すること。