GPS 위성의 광대역 방사성 측정 결과 여름철 북극해 알베도가 해빙이 후퇴하는 것보다 더 빠르게 감소하는 것으로 나타났습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13769(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

하지 전후 40일 동안 북극에서 새로 측정한 결과, 80°N 북쪽에서 반사된 햇빛이 20~35% 감소하는 것으로 나타났습니다. 북극 해빙 면적은 같은 기간 동안 7~9% 감소합니다(NSIDC 보고). 이는 해빙이 후퇴하는 것 외에도 북극 해빙 알베도가 감소함을 의미합니다. 유사한 남극 측정값은 북극 측정값을 비교하는 기준선을 제공합니다. 80°S 남쪽에서 남극에서 반사되는 햇빛은 북극 반사율보다 최대 30% 더 크며 동지 주위에서 대칭이므로 일정한 남극 반사율을 의미합니다. 동지 20일 후 북극에서 반사되는 햇빛은 남극에서 반사되는 햇빛보다 > 100W/m2 적습니다. 관점에서 볼 때 이는 시간당 1mm 이상의 얼음을 녹일 수 있는 충분한 열입니다. 이 발견은 북극 증폭에서 해빙 알베도의 역할을 더 정량화하기 위해 기후 모델 및 재분석 데이터 세트와 비교되어야 합니다. 측정은 2014년부터 2019년까지 GPS(Global Positioning System) 위성에서 이전에 게시되지 않은 픽셀화된 방사계를 사용하여 수행되었습니다. GPS 궤도는 각 방사계에 지구의 37%에 대한 즉각적이고 지속적인 보기를 제공하며 북극과 남극의 전체 보기는 매일 2회 제공됩니다. 더욱이, GPS 별자리는 덜 시놉시스적인 지구 뷰를 제공하는 기존의 제한된 시야 장비를 보완하는 데이터를 제공할 수 있는 풀타임 전체 지구 범위를 제공합니다.

북극 지역의 급격한 기후 변화는 최소(9월) 해빙 면적이 1970년대 이후 거의 40% 감소하는 등의 현상을 일으키고 있습니다1,2,3. 지구의 나머지 지역에 비해 북극 지역의 더 빠른 온난화 속도(북극 또는 극 증폭이라고 함)를 설명하기 위해 몇 가지 이론이 개발되었습니다. 북극 증폭의 원인으로는4 “해빙 및 적설 손실로 인한 여름 알베도 감소, 북극 대기의 총 수증기 함량 증가, 여름의 전체 흐림 변화, 더 넓은 열린 공간에서 새로 형성된 해빙에 의해 생성되는 추가 열 등이 있습니다. 가을에는 수역, 열과 습기가 북쪽으로 이동하고 아열대 지방에 비해 북극에서 우주로의 열 손실률이 더 낮습니다.”5,6. 기후 모델 기반 분석은 북극 증폭의 원인에 대한 해석과 가설을 이끌어냅니다. 여러 분석에 따르면 해빙 알베도 피드백이 북극 증폭을 유발할 가능성이 있는 것으로 나타났습니다7,8,9,10,11,12. 알베도 되먹임은 (1) 해빙이 녹아 얼음주머니가 후퇴할 뿐만 아니라 (2) 반사율이 감소하거나 표면이 녹으면서 남은 얼음의 알베도가 변하기 때문입니다13,14,15,16,17,18 눈과 얼음 표면 반사율이 낮을 뿐만 아니라 반사가 잘 되지 않는 용융 연못을 형성합니다. 대부분의 기후 시스템 분석에서는 해빙 감소가 알베도 감소에 중요한 효과로 인식되지만9,14,19,20 남아 있는 해빙의 알베도 감소21,22,23 역할은 자주 언급되지 않습니다. 기후학적으로 중요한(즉, 수십년) 충분한 수년간의 포괄적인 북극 알베도 측정에 대한 최근 분석은 그 수가 거의 없는 것으로 보입니다.

지구에서 반사된 햇빛 측정은 미국 정부가 고도 20,200km의 7개 GPS(Global Positioning System) 위성24에서 운영하는 픽셀화된 광대역 실리콘 복사계(0.4~1.0μm, 가시-근적외선 또는 VNIR)를 통해 수행되었습니다. GPS 픽셀형 방사계는 2013년부터 측정값을 수집했으며 2040년까지 계속될 예정입니다. 이러한 기기에서 얻은 데이터는 NASA의 CERES(구름 및 지구 복사 에너지 시스템) 프로젝트25,26,27 및 지구 방사선을 결정하기 위한 기타 측정값을 보완하는 귀중한 자료를 제공할 수 있습니다. 균형을 유지하려면28,29 여러 위성을 통해 지구상의 모든 지점을 볼 수 있는 풀타임, 지구 전체 범위를 제공해야 합니다. CERES 프로그램에는 거의 원형에 가까운 저고도 극궤도 궤도에 있는 4개의 위성에 FM-1부터 FM-6까지 6개의 복사계 패키지가 있습니다. FM-1과 FM-2는 Terra 위성에 있고 FM-3과 FM-4는 Aqua 위성에 있으며 둘 다 1997년에 705km 높이의 궤도에서 발사되었습니다. FM-5는 2009년에 발사된 S-NPP 위성에 탑재되어 있고, FM-6은 2014년에 발사된 NOAA-20에 탑재되어 834km 궤도를 돌고 있습니다. 이 글을 쓰는 시점(2023년)에 Terra와 Aqua는 수명이 거의 다 되었을 수 있습니다. CERES 장비에는 각각 단파(0.3~5.0미크론), 창(8~12미크론) 및 전체(0.3~100미크론)의 세 가지 볼로미터 기반 균일 스펙트럼 응답 복사계 채널이 있습니다. MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer)30 초분광 이미저는 Terra 및 Aqua에 있고 Visible Infrared Imager-Radiometer Suite(VIIRS)31 초분광 이미저는 Suomi NPP 및 NOAA-20에 있습니다. MODIS 및 VIIRS 스펙트럼 대역은 지구 동기 기상 위성 이미저 대역과 유사하므로 CERES 측정값을 CERES에서 MODIS/VIIRS로 기상 영상으로 전송하여 지리적으로나 시간적으로 방사성 범위를 제공할 수 있습니다. CERES는 극지 지역을 자주 다루지만 연속적이지는 않습니다. GPS 복사계는 광범위한 CERES 계측기 제품군보다 아래에 자세히 설명된 스펙트럼 범위가 더 좁지만 GPS 복사계는 (1) 반사된 햇빛을 측정하기 위한 더 나은 전체 지구, 풀타임 범위, 특히 풀타임 제공으로 CERES를 보완할 수 있습니다. 지구 동기 궤도에서는 볼 수 없는 극 지역의 적용 범위와 (2) 각도 반사율 변화를 샘플링하기 위해 지구상의 모든 지점을 동시에 여러 개 볼 수 있습니다.