Mätning från satelliter av den lägre atmosfärens temperatur

Satellitbaserade mätningar bygger på avancerade datamodeller som väger samman olika pseudomått till redovisade temperaturer.

Weather satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands. Since 1978 microwave sounding units (MSUs) on National Oceanic and Atmospheric Administration polar orbiting satellites have measured the intensity of upwelling microwave radiation from atmospheric oxygen, which is related to the temperature of broad vertical layers of the atmosphere. Measurements of infrared radiation pertaining to sea surface temperature have been collected since 1967

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements
Comparison of ground-based measurements of near-surface temperature (blue) and satellite based records of mid-tropospheric temperature (red: UAH; green: RSS) from 1979 to 2010. Trends plotted 1982-2010.

Atmosfären närmast jordytan kallas troposfären och sträcker sig i medeltal cirka 11 kilometer upp, hälften av dess massa finns under 5.5 kilometers höjd, sammanlagt 80% finns i troposfären. Värmeenergin [1] i atmosfären beror på att växthusgaser fungerar som en isolerande filt över jordytan, men även på konvektion (varm luft stiger).

Satellite datasets show that over the past four decades the troposphere has warmed and the stratosphere has cooled. Both of these trends are consistent with the influence of increasing atmospheric concentrations of greenhouse gases.

Växthusgaser i troposfären isolerar och minskar den värmeenergi som sprids vidare till stratosfären ovanför som då svalnar. Detta är ett av många skäl att växthusgaser är avgörande för stigande global temperatur.

Satellites do not measure temperature directly. They measure radiances in various wavelength bands, which must then be mathematically inverted to obtain indirect inferences of temperature.[1][2] The resulting temperature profiles depend on details of the methods that are used to obtain temperatures from radiances. As a result, different groups that have analyzed the satellite data have produced differing temperature datasets

Atmospheric temperature trends from 1979-2016 based on satellite measurements; troposphere above, stratosphere below. Notera att temperaturen nära jordytan stiger medan den högre upp sjunker.

[1] Märk väl att jag avsiktligt skriver värmeenergi istället för temperatur! Temperatur är ett mått på medelrörelseenergin hos molekyler i det du mäter. Värmeenergin beror både av temperaturen och antalet molekyler i det du mäter.

https://en.wikipedia.org/wiki/Satellite_temperature_measurements

Atmosfären sväller när Solen frustar

Ungefär hälften av Jordens atmosfär finns under 5500 meters höjd över havsytan, ovan Mount Everest finns knappa 1/3. Trycket minskar snabbt med stigande höjd men sånär som på vattenånga och ozon är sammansättningen upp till 100 km höjd lika homogen som längre ner och kallas därför homosfären.

Över ungefär 80 – 100 km höjd stiger temperaturen (egentligen medeltal av molekyler och joners rörelseenergi) snabbt genom att de påverkas av Solens och den kosmiska strålningens hela styrka. Sett över längre tid varierar Solens styrka väldigt lite men av och till inträffar lokala eruptioner av energi. Om den råkar vara riktad mot Jorden nås vi av en solstorm som bland annat kan generera praktfulla Norrsken.

Soleruptioner ur videon med Scott Manley: https://youtu.be/9kIcEFyEPgA

SpaceX sänder ut kommunikationssatelliter, Starlink. Hittills cirka 2000 stycken, målet är 12000! Den 3 februari var det 49 som lades i en parkeringsbana på drygt 300 km höjd. Sedan skulle var och en med hjälp av en krypton-jonmotor ta sig till den avsedda banan högre upp.

Så kom lite oplanerat en solstorm som värmde upp atmosfären så den började svälla och blev ett avsevärt hinder [1] för Starlink-satelliterna. De vände sig så att de utgjorde minsta möjliga ”vindfång”. När det så blev dags för att starta jonmotorn gällde det att vända satelliten i rätt färdriktning och aktivera solpanelerna som försörjer jonmotorerna med energi.

För att göra små lägesjusteringar används elmotorer kopplade till svänghjul, reaction wheels. Precision och energieffektivitet är ypperliga men ”orken” är inte mycket att hurra för. Enligt SpaceX var det endast 9 av 49 satelliter som klarade att övervinna luftmotståndet och vrida sig rätt för att starta resan till avsedd höjd och bana, de övriga tappade höjd och brann upp. [2]

Spontant föreställer man sig att de brinner upp på grund av friktionsvärme men huvudorsaken är en annan. När du använder en handpump för att fylla ett cykeldäck så blir pumpen varm. Kör du en dieselbil vet du troligen att bränslet i cylindern tänder när trycket är tillräckligt stort. När ett föremål med hög hastighet kommer ner en bit i atmosfären ökar trycket och därmed den termiska energin i framkant så mycket att satelliten (eller en meteorid) brinner upp.


[1] Där satelliterna släpptes fria var luftmotståndet 50% större än vid tidigare tillfällen.

[2] Störtande satelliter över Puerto Rico: https://youtu.be/mUlAz_Oxv4Q

https://www.geekwire.com/2022/spacexs-falling-starlink-satellites-highlight-concerns-about-the-future-of-orbital-traffic/