Nye NASA -data kaster lys over klimamodeller

Har du nogensinde haft en mørk T-shirt på en solskinsdag og følt stoffet varmt i solens stråler? De fleste af os ved, at mørke farver absorberer sollys og lyse farver afspejler det-men vidste du, at dette ikke fungerer på samme måde i solens ikke-synlige bølgelængder?

Solen er Jordens strømkilde, og det udsender energi som synligt sollys, ultraviolet stråling (kortere bølgelængder), og nær-infrarød stråling, som vi føler som varme (længere bølgelængder). Synligt lys reflekterer fra lyse overflader som sne og is, mens mørkere overflader som skove eller oceaner absorberer det. Denne refleksivitet, kaldet albedo, er en af ​​de vigtigste måder, hvorpå Jorden regulerer sin temperatur - hvis Jorden absorberer mere energi, end den reflekterer, det bliver varmere, og hvis det afspejler mere end det absorberer, det bliver køligere.

Billedet bliver mere kompliceret, når forskere bringer de andre bølgelængder ind i blandingen. I den nær-infrarøde del af spektret, overflader som is og sne er ikke reflekterende - faktisk de absorberer nær-infrarødt lys på omtrent samme måde som en mørk T-shirt absorberer synligt lys.

"Folk tror, ​​sne er reflekterende. Det er så skinnende, "sagde Gavin Schmidt, direktør for NASAs Goddard Institute for Space Studies i New York City og fungerende NASA senior klimarådgiver. "Men det viser sig i den nær-infrarøde del af spektret, det er næsten sort. "

Klart, for klimaforskere at få det fulde billede af, hvordan solenergi kommer ind og ud af jordsystemet, de skal inkludere andre bølgelængder ud over synligt lys.

Det er her NASAs Total and Spectral Solar Irradiance Sensor (TSIS-1) kommer ind. Fra sit udsigtspunkt ombord på den internationale rumstation, TSIS-1 måler ikke kun den totale solstråling (energi), der når Jordens atmosfære, men også hvor meget energi der kommer ind ved hver bølgelængde. Denne måling kaldes spektral solbestråling, eller SSI. TSIS-1's Spectral Irradiance Monitor (SIM) instrument, udviklet af University of Colorado Boulders laboratorium for atmosfærisk og rumfysisk, måler SSI med en nøjagtighed bedre end 0,2%, eller inden for 99,8% af de sande SSI -værdier.

"Med TSIS-1, vi har større tillid til målingerne af synligt og nær-infrarødt lys, "sagde Dr. Xianglei Huang, professor i afdelingen for klima- og rumvidenskab og teknik ved University of Michigan. "Hvordan du opdeler mængden af ​​energi ved hver bølgelængde har konsekvenser for det gennemsnitlige klima."

Huang og hans kolleger ved University of Michigan, NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og University of Colorado Boulder har for nylig brugt TSIS-1 SSI-data i en global klimamodel for første gang. "Flere undersøgelser brugte forskellige SSI -input til at analysere følsomheden af ​​klimamodeller tidligere." Imidlertid, denne undersøgelse var den første til at undersøge, hvordan de nye data ændrede den modellerede refleksion og absorption af solenergi ved Jordens poler, sagde Dong Wu, projektforsker for TSIS-1 på Goddard.

De fandt ud af, at da de brugte de nye data, modellen viste statistisk signifikante forskelle i, hvor meget energi is og vand absorberede og reflekterede, sammenlignet med at bruge ældre soldata. Teamet kørte modellen, kaldet Community Earth System Model, eller CESM2, to gange:En gang med nye TSIS-1-data i gennemsnit over en 18-måneders periode, og en gang med en ældre, rekonstrueret gennemsnit baseret på data fra NASAs nedlagte solstrålings- og klimaeksperiment (SORCE).

Teamet fandt ud af, at TSIS-1-dataene havde mere energi til stede i synlige lysbølgelængder og mindre i de nær-infrarøde bølgelængder sammenlignet med den ældre SORCE-rekonstruktion. Disse forskelle betød, at havis absorberede mindre og reflekterede mere energi i TSIS-1-løbet, så polære temperaturer var mellem 0,5 og 1,3 grader Fahrenheit køligere, og mængden af ​​sommerhavsdækning var omkring 2,5% større.

"Vi ville vide, hvordan de nye observationer er i forhold til dem, der blev brugt i tidligere modelundersøgelser, og hvordan det påvirker vores syn på klimaet, "sagde hovedforfatter Dr. Xianwen Jing, der udførte denne forskning som postdoktor i afdelingen for klima- og rumvidenskab og teknik ved University of Michigan. "Hvis der er mere energi i det synlige bånd og mindre i det nær-infrarøde bånd, der vil påvirke, hvor meget energi der absorberes af overfladen. Dette kan påvirke, hvordan havisen vokser eller krymper, og hvor koldt det er over høje breddegrader. "

Dette fortæller os, at ud over at overvåge den samlede solbestråling, Huang sagde, vi skal også holde øje med spektrene. Selvom mere præcise SSI -oplysninger ikke vil ændre det store billede af klimaændringer, det kan hjælpe modellerere med bedre at simulere, hvordan energi ved forskellige bølgelængder påvirker klimaprocesser som isadfærd og atmosfærisk kemi.

Selvom polarklimaet ser anderledes ud med de nye data, der er stadig flere skridt at tage, før forskere kan bruge det til at forudsige fremtidige klimaændringer, advarede forfatterne. Teamets næste trin omfatter undersøgelse af, hvordan TSIS -data påvirker modellen på lavere breddegrader, samt fortsatte observationer ind i fremtiden for at se, hvordan SSI varierer på tværs af solcyklussen.

At lære mere om, hvordan solenergi interagerer med Jordens overflade og systemer - i alle bølgelængder - vil give forskere mere og bedre information til at modellere det nuværende og fremtidige klima. Ved hjælp af TSIS-1 og dens efterfølger TSIS-2, som lancerer ombord på sit eget rumfartøj i 2023, NASA skinner et lys over Jordens energibalance og hvordan den ændrer sig.