A GRÖNLANDI JÉGTAKARÓ KUTATÁSA TÁVÉRZÉKELÉSSEL

A GRÖNLANDI JÉGTAKARÓ KUTATÁSA TÁVÉRZÉKELÉSSEL

Csathó Csathó Beáta, Beáta, University University at at Buffalo, Buffalo, SUNY, SUNY, Buffalo, Buffalo, NY, NY, USA USA (Kiss (Kiss János, János, ELGI, ELGI, Budapest) Budapest) 1

University at Buffalo Climate Research Group, Remote Sensing and Paleoclimate Labs http://www.geology.buffalo.edu/ ; http://rsl.geology.buffalo.edu J. Briner, B. Csathó, T. Schenk, MS és PhD hallgatók

Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

2

Az elmúlt évezred hőmérsékletváltozásának rekonstrukciója és IPCC becslések a következő évszázadra


3

Tengerszint emelkedés, jelenlegi és várható változások (Nicholls and Cazenave, Science 2010)

Empirikus becslések

The red curve is based on tide gauge measurements . The black curve is the al timetry record (zoomed over the 1993– 2009 ti me span) .


IPCC AR4, A1F1 üvegházhatás modell

4

Regionális tengerszint emelkedés műholdas magasság mérési adatokból (Topex-Poseidon, Jason 1 és 2, GFO, ERS-1 és 2, Envisat), 1992 október-2009 július. (Nicholls and Cazenave, Science 2010)


5

A múlt segíthet megjósolni a jövőt! Grönland (A, EPICA jégminta) és Antarktisz (B, Vosztok jégminta) hőmérsékletének változása és a jégmennyiség össztérfogata az elmúlt 450 ezer évben Marine Isotope Stage 5 (MIS 5), ezen belül az Eemian interglaciális időszakban az átlaghőmérséklet a 21. században várható hőmérséklethez hasonló volt.


6

Last interglaciális

8ooo évvel ezelőtt

Otto-Bliesner et al., 2006

Tarasov and Peltier, 2003

Grönlandi jégtakaró 2ooo-ben

A grönlandi jégtakaró az utolsó interglaciális (Eemian) és egy az átlagosnál melegebb Holocén időszakban, modellezési eredmények és jelenleg

7

Fő kutatási feladatok •

Az antarktiszi és grönlandi belföldi jégárak változásainak mérése: jégár kiterjedés, jég vastagság és gleccser sebesség változása;

•

Jelenleg észlelt változások összehasonlítása az elmúlt évezredek trendjével;

•

Jövőbeli változások becslése;

•

Nagy területek pontos felmérésére van szükség és ez csak légi vagy műholdas mérésekkel lehetséges;


8

Jégárak tömegmérlege, Legfontosabb műholdak és légi távérzékelési rendszerek és programok – ERS-1,2: mű ű holdas radar magasságmérés, ESA, 1991– ATM; Airborne topographic Mapper, légi lézeres térképezés, NASA, 1993– GRACE, Gravity Recovery and Climate Experiment, 2002– ICESat, Ice Cloud and land Elevation Satellite, az első ő mű ű holdas lézer a Föld térképezésére, NASA, 2003-2009 – CryoSat-2, interferometrikus radar magasságmérés, ESA, 2010– ENVISat, Environmental Satellite, különböző műszerek, köztük radar magasságmérő, ESA, 2002– Operation IceBridge, NASA légi felmérési programja az ICESat és ICESat-2 műholdak működése közötti időszakban – ICESat-2, tervezett NASA lézer magasságmérő műholdas program, 2015-

ERS

CryoSat

9


A grönlandi belföldi jégár tömegmérlege 1992-2009 Légi lézeres magasság mérés (ATM)1,2 Műholdas radar magasságmérés (ERS)4

Légi és műholdas magasságmérés (ICESat and ATM)3 Gravitációs tér időbeli változása (GRACE)8,9,10,11,12 Gravitációs tér időbeli változása, uj tanulmanyok (GRACE)13,14 Hagyományos tömegmérleg számitás, jégfluxus a jégár határán (veszteség) a teljes csapadék mennyiséggel (nyereség) összehasonlitva 5,6,7

13

GRACE becslések: (10) April 2002-February 2009 230 ± 33 Gt/yr ~ 250 km3/yr (11) 2000-2008: 237 ± 20 Gt/yr ~ 255 km3/yr

14

2008 (1,2) Kra bill et al ., 2000, 2004; ; (3) Thomas et al., 2006; (4) Zwally et al., 2005; (5-7) Rignot and Kanaga ra tnam (2006); (8-9) Velicogna and Wahr, 2005, 2006; (10) Ra millien et al ., 2006; (11) Chen et al., 2006; (12) Lutchke et al ., 2006; (13) Velicogna, 2009; (14) van Boerke et al., 2009; 10 Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

A tömegmérleg pontosítása műholdas lézeres mérések újrafeldolgozásával

•

Lézeres magasságmérés pontos jégfelszín magasságot szolgáltat: – Légi lézeres magasságmérés (ATM, LVIS), 1993– Műholdas lézeres magasságmérés (ICESat), 2003-2009;

•

Változások meghatározása lézeres magasságmérési adatokból még mindig igazi kihivást jelent, mert a mérések mind térben és időben elszórtan történnek;

•

A legtöbb feldolgozási eljárás vagy a térbeli vagy az időbeli felbontást áldozza fel.


11

Távérzékelési fejlesztéseink céljai •

Új eljárás kifejlesztése amely különböző mérőrendszerekkel gyűjtött adatokból képes meghatározni a felszín változásait.

•

A grönlandi belföldi jégár felszín változásának és teljes térfogat változásának meghatározása 2003 és 2009 között.

•

Felszíni változások térbeli eloszlásának térképezése és a dinamikusan változó jégterületek meghatározása.

•

A dinamikus jégvékonyodás mérése jelentős gleccsereken a dinamikus tömegvesztés terjedési mechanizmusának elemzésére.


12

Adatok: Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) •

~30 napos adatgyűjtés 2-3 alkalommal évente 2003 és 2009 között – összesen 18 adatgyűjtési fázis, az utolsó 2009 októberében fejeződött be.

• •

L1A L2F fázisok 2003 Feb 2009 Oct


13

Műholdas (ICESat) és légi (ATM) lézeres mérések együttes feldolgozása

•

Légi lézeres mérések részletes és pontos képet adnak a fontosabb grönlandi gleccserek változásáról;

•

Jó lefedettség Grönland déli részén, ahol a műhold pályák távol esnek egymástól;

•

Légi és műholdas lézeres mérések együttes feldolgozása részlesebb és pontosabb felmérést és pontosabb hibabecslést tesz lehetővé.


14 1993-2007

Műholdas (ICESat, kék) és légi (ATM, vörös) adatok kombinációja a tér és időbeli lefedés javítására

15


Surface Elevation Reconstruction And Change detection (SERAC) Program Csomag (T. Schenk and B. Csatho, UB)

•

Modell: Egy analitikus függvénnyel jól közelíthető felület amely folyamatosan változik;

t1 dH

•

Mérések: felszín magasságának mérése különböző időpontokban és különböző ponteloszlással; t2

•

A változó felszínt egyszerre rekonstruáljuk térben és időben.


16

Jégárak felszíne hatványfüggvényekkel közelíthető

Felszíndomborzat ATM mérésekből Közelítési hiba harmadrendű hatványfüggvények esetén, függvény elemek 200 méteresek.

17


Surface Elevation Reconstruction And Change detection (SERAC) •

A következő feltételek érvényesek: – Felszínelemek analitikus függvényekkel közelíthetőek;

•

A felszínelemek időbeli transzformációkkal leírhatók;

•

A felszínelemek alakváltozása: – A legáltalánosabb megoldás egy merev test transzformáció (forgatás, eltolás) deformációval kombinálva; – Jelenlegi megoldás: csak z irányú eltolást feltételezünk, azaz a jégfelszín emelkedik vagy süllyed, de nem deformálódik!

alakváltozása


matematikai

18

ICESat lézerpontok leszálló és felszálló műholdpályák kereszteződése körül

ICESat adatgyűjtési időszakok

L2B L2C L3A L3B L3C

L3D L3E L3F L3G L3H L3I

500 m


19

Matematika modell, Megoldás a legkisebb négyzetek elvével

a1…a5 : shape parameters a0 : „absolute” elevation

20

Adatfeldolgozás Lézer Lézer pontok pontok kiválasztása kiválasztása mérési mérési szelvények szelvények kereszteződése, kereszteződése, “crossover” “crossover” körül körül

Harmadfokú Harmadfokú közelítő közelítő felület felület alakjának alakjának és és időbeli időbeli változásának változásának (z-shift) (z-shift) meghatározása meghatározása Átlagos Átlagos jég jég vastagság vastagság változás változás meghatározása, meghatározása, 2003-2009 2003-2009 Felszíni Felszíni magasság magasság változás változás (h(t)) (h(t)) trendjének trendjének közelítése közelítése negyedfokú negyedfokú hatványfüggvénnyel hatványfüggvénnyel

Feldolgozási lépések valamennyi “crossover” esetén

Átlagos Átlagos vastagság vastagság változás változás interpolálása interpolálása Felszíni Felszíni magasság magasság változás változás dh/dt dh/dt interpolálása interpolálása aa 19 19 ICESat ICESat adatgyűjtési adatgyűjtési periódusra periódusra

Átlagos Átlagos felszíni felszíni magasság magasság változás változás térképe térképe Össztérfogat Össztérfogat változás változás Felszíni Felszíni magasság magasság változás változás térképek térképek aa 19 19 ICESat ICESat adatgyűjtési adatgyűjtési periódus periódus idején idején Össztömeg Össztömeg változás változás

Felszíni Felszíni magasság magasság változás változás dh/dt dh/dt becslése becslése az az ICESat ICESat mérési mérési periódusok periódusok idején idején aa közelítő közelítő analitikus analitikus függvény függvény deriválásával deriválásával Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

21

Felszínváltozás egy ICESat-ATM “kereszteződésben”

Output

ICESat mérések: kék pontok, ATM mérések: vörös pontok


22

Grönland tömegvesztesége műholdas mérésekből (bal) és műholdas és légi lézeres mérésekből (jobb) ICESat crossover only

ICESat/ICESat and ICESat/ATM crossovers

ICESat megoldás: 2003 Feb – 2009 March Térfogat változás: -216 ±25 km3/yr Tömeg változás: -192 ±20 Gt/yr SERAC megoldás ICESat és ATM mérések kombinálásával: 2003 Feb – 2009 Oct Térfogat változás: -243 ±12 km3/yr Tömeg változás: -221 ±10 Gt/yr

23


A grönlandi belföldi jégár tömegmérlege Légi léyeres magasság mérés (ATM)1,2 Műholdas radar magasságmérés (ERS)3

Légi és műholdas magasságmérés (ICESat and ATM)4 Gravitációs tér időbeli változása (GRACE)5,6,7,8,9,10,11 Hagyományos tömegmérleg számítás, jégfluxus a jégár határán (veszteség) a teljes csapadék mennyiséggel (nyereség) összehasonlítva 12,13,14

GRACE becslések: (10) April 2002-February 2009 230 ± 33 Gt/yr ~ 250 km3/yr (11) 2000-2008: 237 ± 20 Gt/yr ~ 255 km3/yr ICESat becslés: 2003 March – 2009 November 220 ±10 Gt yr-1

2008 (1,2) Kra bill et al ., 2000, 2004; (3) Zwally et al., 2005; (4) Thomas et al., 2006; (5,6) Velicogna and Wahr, 2005, 2006; (7)Ramilien et al ., 2006; (8) Chen et al., 2006; (9) Lutchke et al ., 2006; (10) Velicogna , 2009; (11) van Boerke et al., 2009; (13) Ri gnotand Thomas (2002);(14) Ri gnot and Kana gara tna m (2006) 24 Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

A jelenlegi trend folytatódása esetén Grönland jégtömege 15ooo év után teljesen elolvadhat

A grönlandi jég térfogatának változása az elmúlt 8oooo év alatt a modell számítások alapján (Simpson et al., 2oo9, QSR) ~24o km3/év

Csökkenés mértéke ICESat és GRACE mérésekből

0

-80

0

+15

idő (ezer év) 25


Grönland tömegveszteségének változása 2003-2009 Felszínmagasság változás ICESat mérésekből Tömegveszteség, GRACE gravitációs mérések

Tömegveszteség February 2003February 2007

February 2003June 2009

(m/év)

Khan et al., 2010, GRL


26

Grönlandi jégveszteség Klímahatások A 21 századbeli jég veszteség becsült nagysága numerikus modellezési eredményekből (bal oldal, Huybrechts et al., 2oo4) ICESat mérési eredményekkel összehasonlítva (jobb oldal)

5o-1oo 2o-5o 1o-2o 5-1o 2-5 o-2 -2-o -5 - -2 -1o – 5 -2o- - 1o -5o – 2o -1oo –5o -3oo - - 1oo -1ooo - -3oo

(mm/yr) 27


L3B Oct 2004

-168 Gt/yr L3G Nov 2006

L3C June 2005

-193 Gt/yr L3H March 2007

L3D Nov 2005

L3E March 2006

-229 Gt/yr

-250 Gt/yr

L3I Oct 2007

L3J March 2008

L3F June 2006

-254 Gt/yr L3K Oct 2008

m/yr snow -278 Gt/yr

-290 Gt/yr

-293 Gt/yr


-302 Gt/yr

28

Tömegveszteség becslések összehasonlítása

ICESat mérések, SERAC feldolgozás

Felszíni tömegmérleg adatok klímamodellezésből és gravitációs adatokból

-237 ±20 Gt/yr -245 ±16 Gt/yr

2005 2006 2007 2008

Van den Broeke et al., 2009, Science

29


Grönlandi gleccserek, Változások az elmúlt évtizedekben Jakobshavn

Kangerlussuaq Helheim

30

Kangerlussuaq Glacier, Kelet-Grönland Légi és műholdas lézeres mérések nyomvonalai

ICESat ground tracks Center of ATM swaths

ICESat crossovers ICESat/ATM crossovers

IGS Meeting Columbus OH 2010

Elevation (meter) 31

Kangerlussuaq Glacier, Kelet-Grönland Korábbi eredmények Thomas et al., J. Glac 2009

A gleccser felszíne egy 2004 és 2005 között megfigyelt különösen nagy borjadzás (“calving event”) után rohamosan kezdett süllyedni. 2005 tavasz-nyár időszakban a tömegveszteség már 50 km távolságra terjedt ki a belföldi jégár magasabb zónái felé. IGS Meeting Columbus OH 2010

32

Magasság változás a Kangerlussuaq gleccseren, a tömegveszteség a grönlandi belföldi jégár központja felé terjed

33

Következtetések •

Légi lézeres tömegmérlegét;

mérések

felhasználásával

•

Új módszerünk segítségével meghatároztuk a grönlandi belföldi jégár felszínváltozását 2003 és 2009 között: – Grönland tömegvesztesége növekedett az elmúlt évtizedben; – A tömegveszteség növekszik az ÉNy-i és ÉK-i területeken, míg csökken a DNy-i területen;

•

Az egyes gleccserek változását is megvizsgáltuk: – A felszín hirtelen változását figyeltük meg több gleccseren: kinematic wave propagation?? – Néhány gleccseren a gleccser felszínmagassága nem csökken, hanem nő. Lehetséges magyarázatok: hidrogeológiai rendszer változása vagy törmelék felhalmozódás miatt a korábban gyorsan mozgó jégár lelassult. Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

pontosítottuk

Grönland

34

Terepi kutatás • •

• • •

Paleoéghajlat vizsgálatok tavi üledékekből; Geofizikai mérések (gravitáció, légi mágneses, stb.); GPS és fotogrammetria; Kormeghatározás; Spektrális mérések, stb.

9.9±0.3 ka


35

Kutatásunkat az alábbi intézmények támogatása tette lehetővé • National Science Foundation, Arctic Natural Sciences; Antarctic Geology and Geophysics, Antarctic Glaciology

• NASA Polar Program, ICESat, ICESat-2 es IceBridge programjai • Csathó Bea, Science Team tagság: – NASA ICESat mission – NASA ICESat-2 Science Definition Team – NASA IceBridge mission


36

Köszönjük a figyelmet! Új utak a földtudományban, ELGI, 2010 október 20

37

A GRÖNLANDI JÉGTAKARÓ KUTATÁSA TÁVÉRZÉKELÉSSEL

Recommend Documents