A aceleração do aumento do nível do mar baseada no altímetro por satélite é proveniente de uma correção de vapor de água enviesado?

Por Roy Spencer PhD.

RESUMO: É apresentada evidência de que uma correção excessiva dos dados do altímetro de satélite para aumentar o vapor de água pode ser pelo menos parcialmente responsável pela alegada “aceleração” da recente elevação do nível do mar.

ATUALIZAÇÃO: Um dia depois de postar isso, fiz um cálculo aproximado de quão grande o erro no aumento do nível do mar baseado em altímetro poderia ser. A correção do altímetro feita para o vapor de água é de cerca de 6 mm na altura do nível do mar para cada aumento de 1 mm no vapor de água troposférico. A tendência no vapor de água oceânico no período 1993-2018 foi de 0,48 mm / década, o que exigiria um ajuste de aproximadamente [6,1 x 0,48 =] ~ 3 mm / década do aumento de vapor. Isto pode ser comparado com o aumento total do nível do mar ao longo deste período de 33 mm / década. Assim, parece que, mesmo se toda a correção do vapor de água fosse removida, seu impacto na tendência do nível do mar reduziria apenas cerca de 10%.

Eu tenho pensado sobre uma questão que pode ter um impacto sobre o que muitos consideram ser um desacordo permanente entre as estimativas de altímetro de satélite do nível do mar versus os indicadores de maré.

Desde 1993, quando os dados de satélite do altímetro começaram a ser incluídos nas medições do nível do mar, tem havido alguma evidência de que os satélites estão medindo um aumento mais rápido do que os medidores de maré in situ. Isso levou à crença generalizada de que a elevação global do nível do mar – que existe desde antes que os humanos pudessem ser culpados – está se acelerando.

Fui o líder da equipe de ciências dos EUA para o radiômetro de varredura avançada por micro-ondas (AMSR-E) voando no satélite Aqua da NASA. As recuperações de vapor de água desse instrumento usam algoritmos semelhantes aos usados ​​pelos altímetros.

Eu tenho uma boa compreensão das recuperações de vapor de água e das suposições que entram nelas. Mas eu tenho apenas uma compreensão superficial de como as medidas do altímetro são afetadas pelo vapor de água. Acho que é assim: à medida que o vapor d’água troposférico aumenta, ele aumenta a distância percorrida aparente até a superfície do oceano medida pelo altímetro, o que causaria um viés baixo no nível do mar se não fosse corrigido.

O que isso potencialmente significa é que se as tendências do vapor de água oceânica desde 1993 foram superestimadas, uma correção muito grande teria sido aplicada aos dados do altímetro, exagerando artificialmente as tendências do nível do mar durante a era do satélite.

O que se segue provavelmente levanta mais questões que responde. Não sou especialista em altímetros satélites, não conheço todas as publicações do altímetro e este problema pode já ter sido examinado e considerado não um problema. Estou apenas levantando uma questão que ainda não vi abordada em alguns dos documentos altimétricos que observei.

Por que as medições de vapor de água por satélite seriam tendenciosas?

A recuperação de vapor de água precipitável total (TPW) sobre os oceanos é geralmente considerada uma das mais acuradas recuperações de radiômetros de microondas passivos por satélite.

O vapor de água sobre o oceano apresenta um grande sinal radiométrico em certas frequências de microondas. Basicamente, contra um fundo oceânico parcialmente reflexivo (que é então radiometricamente frio), o vapor de água produz aquecimento de temperatura de brilho (Tb) perto da linha de absorção de vapor de água de 22,235 GHz. Quando diferenciado com as temperaturas de brilho em uma freqüência próxima (digamos, 18 GHz), a aspereza da superfície do oceano e os efeitos da água das nuvens em ambas as freqüências se anulam, deixando um bom sinal do vapor total de água na atmosfera.

O que não é geralmente discutido, porém, é que a precisão da recuperação de vapor de água depende da temperatura e, portanto, da distribuição vertical do vapor de água. Porque as medições Tb representam a emissão térmica pelo vapor de água, e a temperatura do vapor d’água pode variar várias dezenas de ºC da camada limite atmosférica quente (onde a maioria do vapor reside) para a troposfera superior fria (onde pouco vapor reside) Isso significa que você pode ter dois perfis verticais de vapor de água um pouco diferentes, produzindo diferentes recuperações de vapor de água, mesmo quando o TPW em ambos os casos era exatamente o mesmo.

As recuperações de vapor, explícita ou implicitamente, assumem um perfil vertical de vapor de água usando dados de radiossonda (balão meteorológico) de várias regiões geográficas para fornecer estimativas médias climatológicas para essa distribuição vertical. O resultado é que as capturas de satélites, pelo menos na média climatológica durante algum período de tempo, produzem estimativas de vapor de água muito precisas para massas de ar tropicais quentes e massas de ar frias e de alta latitude.

Mas o que acontece quando os trópicos e as altas latitudes aquecem? Como os perfis verticais de umidade mudam? Pelo que sei, isso é em grande parte desconhecido. As recuperações utilizadas nas estimativas do nível do mar do altímetro, até onde eu sei, assumem uma forma de perfil constante do teor de vapor de água, à medida que os oceanos se aqueceram lentamente nas últimas décadas.

Evidência de Tendências Espúrias em Recuperações Satélites TPW e Nível do Mar.

Por muitos anos, tenho me preocupado com o fato de que as tendências da TPW sobre os oceanos têm aumentado mais rapidamente do que as temperaturas da superfície do mar sugerem que elas devem se basear em uma suposição de umidade relativa constante (UR). Eu enviei um e-mail para meu amigo Frank Wentz e Remote Sensing Systems (RSS) alguns anos atrás perguntando sobre isso, mas ele nunca respondeu (para ser justo, às vezes eu não respondo a e-mails também).

Por exemplo, observe as tendências marcadamente diferentes sugeridas pelas recuperações de vapor de água RSS em comparação com a Reanálise da ERA em um artigo publicado em 2018:

A tendência ascendente na recuperação de vapor de água por satélite (RSS) é consideravelmente maior do que na reanálise do ERA de todos os dados meteorológicos globais. Se houver um componente espúrio da tendência ascendente do RSS, isso sugere que haverá também um componente espúrio para o aumento do nível do mar a partir dos altímetros devido à correção excessiva do vapor de água.

Agora, observe a distribuição geográfica das tendências do nível do mar a partir dos altímetros satélites de 1993 a 2015 (publicado em 2018) em comparação com os volumes de vapor d’água recuperados para exatamente o mesmo período que calculei a partir dos dados do RSS Version 7 TPW data:

O padrão geográfico de 23 anos de elevação do nível do mar a partir de dados de satélites de satélite parece similar ao padrão de aumento de vapor de água (porcentagem por década), sugerindo uma conversa cruzada entre a correção do vapor de água e a recuperação do nível do mar.

Há considerável semelhança com os padrões, o que é uma evidência (embora não conclusiva) de conversas entre o vapor de água e a recuperação do nível do mar. (Eu esperaria tal padrão se a parcela superior fosse a temperatura da superfície do mar, mas não para o aquecimento total e profundo dos oceanos, que é o que impulsiona principalmente o componente estérico da elevação do nível do mar).

Outra evidência de que algo pode estar errado nas recuperações altimétricas do nível do mar é o fato de que o nível médio global do mar diminui durante o La Niña (quando as quantidades de vapor também diminuem) e sobe durante o El Nino (quando o vapor d’água também aumenta). Embora parte disso possa ser real, parece-me irrealista que cerca de 15 mm do aumento do nível do mar no nível global possa ocorrer em apenas 2 anos, indo das condições La Nina para El Niño (figura adaptada daqui):

Especialmente desde que sabemos que o aumento do vapor de água atmosférico ocorre durante o El Nino, e que a água extra deve vir principalmente do oceano … mas os altímetros de satélite sugerem que os oceanos aumentam em vez de cair durante o El Niño?

O aumento diagnosticado pelo altímetro durante o El Nino também não pode ser estérico. Pelo que me lembro (por exemplo, a Fig. 3b), a temperatura vertical dos oceanos verticalmente integrada permanece essencialmente inalterada durante o El Niño (o aquecimento nos 100 m superiores é compensado pelo resfriamento na camada seguinte de 200 m, globalmente média). o efeito não pode ser impulsionado pela expansão térmica.

Finalmente, gostaria de salientar que a mudança na forma do perfil vertical do vapor de água que faria com que isso acontecesse é consistente com a nossa descoberta de pouco ou nenhum “ponto quente” tropical na média troposfera tropical: a maior parte do aumento do vapor de água estaria perto da superfície (e, portanto, a uma temperatura mais alta), mas menos de um aumento de vapor à medida que você progride para cima através da troposfera. (Sabe-se que o hotspot em modelos climáticos está correlacionado com mais aumento de vapor de água na troposfera livre).

Mais uma vez, quero enfatizar que isso é algo sobre o qual venho meditando por alguns anos. Eu não tenho tempo para cavar isso. Mas espero que outra pessoa analise a questão mais detalhadamente e determine se as tendências espúrias na recuperação de vapor de água por satélite podem estar causando tendências espúrias em recuperações do nível do mar baseadas em altímetro.

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