Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vào ngày 17 tháng 3 năm 2002, bộ đôi vệ tinh GRACE đã được phóng lên để lập bản đồ trường hấp dẫn của Trái đất chính xác hơn bao giờ hết. Các phép đo cho phép theo dõi chu kỳ nước trên mặt đất, cân bằng khối lượng của các tảng băng và sông băng hoặc thay đổi mực nước biển. Điều này giúp hiểu rõ hơn các xu hướng quan trọng trong hệ thống khí hậu toàn cầu.
Vào ngày 17 tháng 3 năm 2002, bộ đôi vệ tinh Đức-Mỹ GRACE (Phục hồi trọng lực và thí nghiệm khí hậu) đã được đưa ra để lập bản đồ trường hấp dẫn toàn cầu với độ chính xác chưa từng có. Rốt cuộc, nhiệm vụ kéo dài 15 năm – lâu hơn gấp ba lần so với dự kiến. Khi hai vệ tinh bị đốt cháy trong bầu khí quyển của Trái đất vào cuối năm 2017 và đầu năm 2018, họ đã ghi lại trường hấp dẫn của Trái đất và những thay đổi của nó theo thời gian trong hơn 160 tháng.
Cái gọi là trọng lực vệ tinh được giải quyết theo thời gian này, trong số những thứ khác, có thể theo dõi chu kỳ nước trên mặt đất, cân bằng khối lượng của các tảng băng và sông băng hoặc thay đổi mực nước biển, và do đó để hiểu rõ hơn các cơ chế của hệ thống khí hậu toàn cầu , để đánh giá các xu hướng khí hậu quan trọng chính xác hơn và dự đoán các hậu quả có thể xảy ra.
Một đánh giá trên tạp chí Nature Climate Change , trong đó Frank Flechtner, Christoph Reigber, Christoph Dahle và Henryk Dobslaw từ Trung tâm Helmholtz Trung tâm nghiên cứu khoa học địa chất Đức GFZ và Ingo Sasgen từ Viện Alfred Wegener, Trung tâm Helmholtz AWI) đã tham gia, hiện trình bày những điểm nổi bật trong lĩnh vực nghiên cứu khí hậu dựa trên các quan sát GRACE.
Băng và sông băng
GRACE đã thực hiện phép đo trực tiếp đầu tiên về tổn thất khối băng từ các tảng băng và sông băng từ trước đến nay. Trước đây, chỉ có thể ước tính số lượng và thay đổi của chúng bằng phương pháp gián tiếp. Trong hai năm đầu tiên của nhiệm vụ, người ta đã có thể quan sát các tín hiệu rõ ràng về sự mất mát khối băng ở Greenland và Nam Cực. Dữ liệu đo được cho thấy rằng 60% tổng tổn thất hàng loạt là do sản xuất tan chảy tăng cường để đáp ứng với xu hướng ấm lên của Bắc Cực, trong khi 40% là do sự gia tăng dòng chảy băng vào đại dương. Theo dữ liệu của GRACE, từ tháng 4 năm 2002 đến tháng 6 năm 2017 Greenland đã mất khoảng 260 tỷ tấn băng mỗi năm, Nam Cực khoảng 140 tỷ tấn. Ngoài các xu hướng dài hạn, dữ liệu trường trọng lực cũng cung cấp bằng chứng về tác động trực tiếp của các hiện tượng khí hậu toàn cầu như “El Niño”
Lưu trữ nước trên mặt đất
Trong số những đóng góp có ảnh hưởng lớn nhất của sứ mệnh GRACE là việc công bố cảnh quan nước ngọt thay đổi của Trái đất, có ý nghĩa sâu sắc đối với an ninh nước, thực phẩm và con người. Ước tính toàn cầu về xu hướng GRACE cho thấy tăng lưu trữ nước ở vĩ độ cao và thấp, với việc giảm lưu trữ ở vĩ độ trung bình. Mặc dù hồ sơ GRACE tương đối ngắn, nhưng quan sát về những thay đổi quy mô lớn trong chu trình thủy văn toàn cầu này là một sự xác nhận sớm quan trọng về những thay đổi được dự đoán bởi các mô hình khí hậu trong suốt thế kỷ XXI.
Dữ liệu GRACE cũng giúp phân tích và đánh giá mực nước biển chính xác hơn, vì việc lưu trữ nước ngọt trên đất liền được liên kết với mực nước biển bằng nhiều cơ chế khác nhau. Các phân tích dữ liệu GRACE đã cho phép các ước tính đầu tiên về thay đổi lưu trữ nước ngầm từ không gian. Họ xác nhận tỷ lệ cạn kiệt nước ngầm quá mức từ các tầng chứa nước riêng lẻ trên toàn thế giới. Dữ liệu về lưu trữ nước trên mặt đất cũng đã góp phần xác nhận và hiệu chuẩn các mô hình khí hậu khác nhau.
Thay đổi mực nước biển và động lực đại dương
Trong thế kỷ này, mực nước biển dâng cao có thể tăng tốc lên 10 milimet mỗi năm – một tốc độ chưa từng có trong suốt 5.000 năm qua và hậu quả sâu sắc và trực tiếp của khí hậu ấm lên. Các phép đo mực nước biển có độ chính xác cao đã có từ đầu những năm 1990 nhưng chúng chỉ cho thấy sự thay đổi mực nước biển tuyệt đối. Trong 25 năm từ 1993 đến 2017, mực nước biển tăng trung bình 3,1 mm mỗi năm. Để tìm hiểu mức độ giãn nở nhiệt, băng tan và dòng nước lục địa ảnh hưởng đến mực nước biển, cần phải nghiên cứu sự phân bố khối lượng của nước. GRACE đã chỉ ra rằng 2,5 mm của mực nước biển tăng trung bình hàng năm là 3,8 mm từ năm 2005 đến 2017 là do dòng nước hoặc khối lượng khác và 1,1 mm do sự giãn nở nhiệt của nước. Giải quyết thành phần này là quan trọng đối với các dự báo mực nước biển. Dữ liệu GRACE cung cấp một hạn chế về thay đổi khối lượng đại dương và do đó gián tiếp về sự mất cân bằng năng lượng của Trái đất, đây là một thước đo cơ bản toàn cầu về biến đổi khí hậu. GRACE đã chỉ ra rằng hầu hết sự nóng lên do nhiệt độ tăng lên xảy ra ở phần trên 2000 mét của các đại dương, đây là những bể năng lượng quan trọng nhất của biến đổi khí hậu. GRACE cũng góp phần hiểu rõ hơn về động lực và tác động của dòng hải lưu, đặc biệt là đối với Bắc Băng Dương. đó là những bể năng lượng quan trọng nhất của biến đổi khí hậu. GRACE cũng góp phần hiểu rõ hơn về động lực và tác động của dòng hải lưu, đặc biệt là đối với Bắc Băng Dương. đó là những bể năng lượng quan trọng nhất của biến đổi khí hậu. GRACE cũng góp phần hiểu rõ hơn về động lực và tác động của dòng hải lưu, đặc biệt là đối với Bắc Băng Dương.
Ứng dụng dịch vụ khí hậu
Dữ liệu trường trọng lực của các vệ tinh GRACE giúp cải thiện Trình theo dõi hạn hán của Hoa Kỳ. Điều này giúp chính quyền Mỹ phản ứng với hạn hán một cách kịp thời và hợp lý. Với EGSIEM (Dịch vụ trọng lực châu Âu để quản lý khẩn cấp được cải thiện), Liên minh châu Âu đã quảng bá một dịch vụ được thiết kế để xác định rủi ro lũ lụt trong khu vực càng sớm càng tốt. Từ tháng 4 đến tháng 6 năm 2017, các cuộc thử nghiệm với dữ liệu lũ lụt lịch sử đã diễn ra, cho thấy các chỉ số độ ẩm cho các lưu vực sông lớn do GRACE xác định có thể cải thiện dự báo, ví dụ cho Mississippi hoặc Danube. Kết quả hiện tại cũng cho thấy dữ liệu GRACE có thể được sử dụng để dự đoán chính xác hơn về nguy cơ cháy rừng theo mùa.
GFZ đã vận hành sứ mệnh GRACE cùng với Trung tâm hàng không vũ trụ Đức (DLR) và về phía Hoa Kỳ với Phòng thí nghiệm động cơ phản lực của NASA (JPL). Vào tháng 5 năm 2018, nhiệm vụ tiếp theo GRACE Follow-on (GRACE-FO) đã được đưa ra. Các bản đồ trường trọng lực hàng tháng đầu tiên sẽ có sẵn cho người dùng quốc tế vào cuối tháng 7 năm nay. Khó khăn bất ngờ trì hoãn việc nộp các sản phẩm. “Lý do là sự thất bại của một bộ điều khiển trên vệ tinh GRACE-FO thứ hai”, Frank Flechtner của GFZ giải thích. “Điều này khiến chúng tôi phải chuyển sang bộ phận thay thế được cài đặt cho các tình huống như vậy. Nhưng giờ đây, với GRACE-FO, một bản ghi dài hơn hai thập kỷ về sự thay đổi khối lượng trong hệ thống Trái đất nằm trong tầm tay.” (ph)
Bối cảnh: Trọng lượng của nước
Khối lượng của một vật càng lớn thì lực hấp dẫn của nó càng lớn. Ví dụ, dãy Alps tạo ra lực hấp dẫn cao hơn vùng đất thấp Bắc Đức. Khi các vệ tinh quay quanh Trái đất và bay qua một khu vực rộng lớn, chúng tăng tốc tối thiểu khi tiếp cận nó và giảm tốc độ khi chúng bay đi.
Một phần nhỏ của trọng lực phát ra từ Trái đất dựa trên nước trên hoặc gần bề mặt trong các đại dương, sông, hồ, sông băng và dưới lòng đất. Nước này phản ứng với mùa, bão, hạn hán hoặc các tác động thời tiết khác. GRACE đã tận dụng sự dịch chuyển khối lượng của nước bằng cách ghi lại tác động của nó lên bộ đôi vệ tinh quay quanh hành tinh của chúng ta 220 km liên tiếp. Lò vi sóng đã được sử dụng để đo khoảng cách của họ. Khoảng cách này thay đổi theo thời gian do sự dịch chuyển khối lượng trên Trái đất. Từ dữ liệu, các nhà nghiên cứu sau đó đã tính toán các bản đồ hàng tháng về những thay đổi khu vực trong lực hấp dẫn của Trái đất và những thay đổi nguyên nhân trong khối lượng trên bề mặt.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi GFZ GeoForschungsZentrum Potsdam, Trung tâm Helmholtz . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :