Учёные разработали усовершенствованные методы обработки данных, получаемых в рамках программы GRACE, направленной на мониторинг климатических процессов.

Какие объёмы льда исчезают с ледников? Как это влияет на уровень мирового океана? Какие изменения происходят в глобальном водном балансе? Чтобы ответить на эти важные вопросы, необходимы высокоточные данные о динамике природных процессов. С 2002 года эту информацию предоставляют спутники миссии GRACE. Недавние исследования позволили достичь значительного прогресса в обработке этих данных на базовом уровне, что нашло отражение в публикации в авторитетном журнале American Journal of Geophysical Research. Достижения исследователей активно используются в рамках международного научного сотрудничества.

Перемещения больших масс в короткие временные промежутки создают сложности в анализе информации, особенно если такие события происходят быстрее, чем период полного сканирования поверхности Земли спутниками. Это особенно актуально в случае приливных волн, вызывающих значительные перераспределения водных масс. Учёные разработали инновационные методики, позволяющие выделять ключевые компоненты приливных явлений в данных спутникового мониторинга. Эти наработки открывают перспективы для использования измерений GRACE в новом подходе к моделированию приливных процессов и их влияния на уровень мирового океана.

Научные основы исследований

Изменения в подземных водах, таяние ледников, сезонные колебания климата и мощные тектонические события оказывают влияние на гравитационное поле Земли. Сегодня такие изменения фиксируются с орбиты при помощи спутников. Основной принцип заключается в том, что движение спутников зависит от распределения масс на планете. Точные данные об их положении позволяют судить о трансформациях этих масс. Этот подход был усовершенствован в рамках спутниковой гравиметрической миссии GRACE (2002–2017), продолженной с 2018 года программой GRACE Follow-On. Оба проекта включают пару спутников, движущихся по орбите на высоте около 450 км с интервалом в 220 км друг от друга. Использование GPS позволяет отслеживать их координаты с точностью до сантиметра, а межспутниковое расстояние фиксируется с точностью до микрометра. Это делает возможным изучение гравитационного поля Земли с пространственным разрешением в несколько сотен километров и временным интервалом около одного месяца.

Однако на орбиту спутников влияет не только перераспределение земных масс, но и различные побочные факторы. Чтобы исключить их влияние, используется сложное моделирование, позволяющее скорректировать измеренные данные. К числу таких факторов относятся гравитационное воздействие небесных тел, сопротивление атмосферы и приливные эффекты, вызванные Луной и Солнцем. Особенно важно учитывать изменения масс, происходящие с частотой выше месячного временного разрешения гравитационного поля. Ошибки в моделировании могут не только ухудшить качество данных, но и привести к неверному трактованию высокочастотных эффектов как медленных изменений распределения масс.

Одним из самых сложных факторов для учёных остаются морские приливы. Их моделирование основано на комбинации численных расчётов и спутниковых измерений уровня океана. Однако подобные спутниковые наблюдения не охватывают приполярные регионы, что создаёт определённые погрешности. Дополнительно, вблизи берегов, где динамика волн особенно сложна, модели приливов также демонстрируют неточности.

Прорыв в исследованиях

Используя альтернативный подход, учёные смогли выявить ключевые приливные частоты непосредственно в спутниковых данных GRACE и GRACE Follow-On, а также проанализировать их пространственное распределение. Помимо классических частот, обусловленных гравитационным воздействием Луны и Солнца, исследователи обнаружили ранее неизвестные закономерности. В их число входят нелинейные эффекты, возникающие в прибрежных зонах, приливы, вызванные изменениями атмосферного давления, а также малые асимметричные компоненты, связанные с воздействием Луны, обнаружение которых стало возможным благодаря продолжительным сериям наблюдений.

Некоторые из выявленных эффектов ранее не фиксировались в спутниковых данных и практически не учитывались при моделировании приливных процессов. Это исследование подчёркивает огромный потенциал миссий GRACE и GRACE Follow-On для совершенствования моделей морских приливов. Развитие таких моделей позволит снизить уровень неопределённости в данных о перераспределении земных масс, что, в свою очередь, поспособствует более глубокому пониманию климатических процессов и их последствий.

#Климат #GRACE #Наука #Исследования