25 años de datos globales del nivel del mar, y contando

Cambios en la altura del nivel del mar de 1993 a 2017 en comparación con una media a largo plazo de los datos. El azul y el púrpura son más bajos que el medio; rojo, amarillo y blanco son más altos. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Hoy conmemora el 25 aniversario del lanzamiento de un buque de investigación del océano revolucionario-un espacio "buque". A medida que el satélite NASA/CNES TOPEX-Poseidon ascendió a órbita, introdujo una nueva era de Oceanografía con las primeras mediciones muy precisas y globales de los niveles del mar. Esa misión y sus tres sucesores, todos ellos nombrados Jason, han mapeado continuamente corrientes oceánicas y mareas globales; abrió los ojos al alcance global de el niño y otros eventos climáticos; creó un récord de crecimiento del nivel del mar global y regional, de un cuarto de siglo de duración, extraordinariamente preciso; y permitió mejorar las previsiones de fenómenos meteorológicos extremos como huracanes, inundaciones y sequías.

Una nueva presentación de diapositivas celebra este importante conjunto de datos-una medida fundamental para el estudio de los océanos y el clima-y la larga colaboración entre Estados Unidos y Francia que se lo llevó a cabo.

Topex-Poseidon

Topex-Poseidon illustration. Credits: NASA/JPL-Caltech

En 1992, cuando TOPEX-Poseidon se lanzó, nadie previó que su registro de mediciones de la altura del océano de precisión continuaría a través de tres décadas y cuatro naves espaciales. De hecho, muchos oceanógrafos en ese momento no estaban convencidos de que los sensores de TOPEX-Poseidon fueran lo suficientemente precisos como para revelar la señal de aumento del nivel del mar del ruido de las olas, las mareas y otros cambios. Pero el sistema de medición del altímetro y del radiómetro de radar superaba las expectativas desde el principio. En 25 años de operación continua, TOPEX-Poseidon y sus sucesores han registrado 2,8 pulgadas (7 centímetros) del aumento medio global del nivel del mar.

Los océanos de nuestro planeta son demasiado vastos y complejos para ser medidos completamente por un solo satélite, o incluso por cualquier nación única. TOPEX-Poseidon y su sucesor Jason Satellite Missions son ejemplos brillantes del poder de una alianza internacional sostenida a largo plazo, liderada por las agencias espaciales de Estados Unidos y Francia, la NASA y el CNES.  Durante casi tres décadas, los científicos e ingenieros de la NASA y el CNES han agrupado sus conocimientos, talentos e ideas para diseñar y construir un sistema de medición espacial integrado mucho más poderoso que la suma de sus partes. La NASA y el CNES han trabajado juntos, aplicando tecnología avanzada para recolectar mediciones de notable precisión y precisión, y luego hacer esas mediciones libremente y abiertamente disponibles. Con este esfuerzo, han proporcionado a la humanidad vistas sin precedentes de los océanos globales, cómo cambian en escalas de tiempo de días a décadas, y cómo los océanos influyen--y responden--tiempo y clima.

"Para más de una generación, los científicos e ingenieros de la NASA y el CNES han colaborado para hacer mediciones exquisitamente precisas de la superficie del océano desde el espacio," "Proporcionar conocimientos sobre el funcionamiento y las interacciones de los dos grandes sistemas de fluidos de nuestro planeta, los océanos y la atmósfera", dijo Michael Freilich, Director de la división de Ciencias de la Terra de la NASA en Washington.

Corrientes oceánicas

La misión de TOPEX-Poseidon fue la primera en monitorear los patrones cambiantes de las principales corrientes de la superficie oceánica de una manera integral. Las localizaciones actuales del océano son reveladas por las colinas y los valles de gran escala en la superficie del océano, que pueden variar por más de 6 pies (2 metros) en altura. Los picos y las inmersiones que definen la topografía del océano son causados por variaciones en la temperatura del agua y la presión.  Las corrientes a gran escala como la corriente del Golfo tienden a fluir a lo largo de los contornos de la altura constante del océano, siguiendo los lados de las colinas y los valles.  La inclinación de una pendiente indica la velocidad de la corriente. A diferencia del terreno en tierra, sin embargo, el "paisaje" líquido cambia con los cambios en los vientos, la temperatura y otros factores, causando cambios en las ubicaciones y velocidades de las corrientes.

La única manera de monitorear estos cambios en toda la superficie del océano terrestre es hacer mediciones precisas de la altura de la superficie oceánica de los satélites en órbita. Midiendo la forma del océano sobre casi el globo entero cada 10 días, TOPEX-Poseidon dio la primera visión cuantitativa de cómo las corrientes oceánicas cambian con las estaciones.

TOPEX/Poseidon y las misiones Jason-1, Jason-2 y Jason-3 han proporcionado conocimientos únicos sobre cómo la circulación del océano afecta el clima moviendo el calor de un lugar a otro en nuestro planeta.

Almacenamiento de calor en el océano

La evaluación anual de la NOAA del calor en el océano superior (2015 mostrado), una medida de calentamiento global, se basa en los datos de la serie TOPEX. Crédito: NOAA

Más del 90 por ciento del calor del calentamiento global se almacena en el océano, lo que significa que los océanos son actores clave en el clima global. El calor hace que el agua del océano se amplíe, añadiendo al aumento del nivel del mar. La medición de las tendencias del nivel del mar a largo plazo y la forma de la superficie oceánica relacionada con las corrientes, TOPEX-Poseidon y la serie Jason proporcionan dos ingredientes básicos para entender el papel del océano en las variaciones climáticas globales.

"Como el calentamiento global causado por el hombre impulsa los niveles de mar más y más, estamos literalmente contribuyendo a la remodelación de la superficie de nuestro planeta", dijo Josh Willis, científico del proyecto de la NASA para Jason-3 en el Laboratorio de Propulsión a Jet de la NASA en Pasadena, California. "Las misiones satelitales de precisión altimétrico nos dicen cuánto y qué tan rápido".

El Niño, La Niña, y Más

Entre los logros tempranos de TOPEX-Poseidon estaba registrando la extensión completa de un registro el niño en 1997 y el éxito de la niña en 1999. Los colores más oscuros son los niveles del mar más bajos de lo normal, los colores más claros y los blancos son más altos de lo normal. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Durante décadas, los científicos no pudieron predecir cómo el niño y otras variaciones oceánicas de año a año cambiaron el clima regional. Eso se debía en parte a que, utilizando sólo barcos y boyas, no podían observar la génesis y el crecimiento de estos cambios lejanos en el Pacífico ecuatorial. TOPEX-Poseidon y los satélites de Jason han dado la primera visión frecuente, global de la extensión y de los ciclos de vida de el niño y la niña eventos. Lee-ahora Fu de JPL--el científico del proyecto para las dos primeras misiones altimetría del océano--señaló, "TOPEX-Poseidon nos permitió seguir su evolución y demostró que estos acontecimientos no fueron limitados solamente a los trópicos." "También nos dio evidencia de variaciones oceánicas aún más duraderas". Una de ellas es la oscilación decenal del Pacífico, similar a el niño y la niña en carácter pero con fases que duran hasta varias décadas.

En los últimos 25 años, con la ayuda de datos altimetría, los científicos han identificado muchas conexiones globales entre estas variaciones oceánicas multianuales y las consecuencias climáticas como la sequía y las inundaciones en todo el mundo. Mientras que estos acontecimientos no han rendido de ninguna manera todos sus secretos, son mejor entendidos y mejor pronóstico que antes de que las observaciones globales de espacial comenzaran.

Mareas en el océano abierto

Un modelo numérico de mareas globales diarias usando datos del nivel del mar de TOPEX-Poseidon. Crédito: ESR

Antes de las mediciones satelitales, las mediciones de la marea oceánica eran difíciles de hacer, caras y escasas. TOPEX-Poseidon hizo los primeros mapas globales de las mareas, que cambiaron la comprensión de los científicos de cómo las mareas se disipan. Los datos muestran que un tercio de la energía de las mareas se disipa en el océano abierto, desempeñando roles importantes y previamente desconocidos en la mezcla de agua dentro del océano.

Jason-1

TOPEX-Poseidon tenía una misión principal de tres años, pero mucho antes de que el tiempo fuera para arriba, oceanógrafos y otros científicos de la tierra reconocieron el valor de continuar sus medidas cuanto sea posible. Fu explicado, "La altura de la superficie del mar es una medida fundamental del sistema de la tierra, así que era una obviedad que los científicos querrían tener este tipo de información indefinidamente". Con un fuerte apoyo comunitario, Jason-1 fue construido por la NASA y el CNES y lanzado en diciembre de 2001. Durante tres años, TOPEX-Poseidon y Jason-1 volaron en órbitas coordinadas que permitieron a los científicos cruzar-calibrar sus mediciones y luego combinar los conjuntos de datos para observar los océanos globales con más frecuencia. Cada misión sucesiva también ha superpuesto a su predecesor, asegurando un registro de datos coherente.

Hasta ahora, cada una de las misiones del altimetría del océano ha demostrado ser de larga vida.

TOPEX-Poseidon fue clausurado eventual en 2005 después de 13 años en órbita. Jason-1 sobrevivió casi 12 años, hasta julio de 2013. Jason-2, de nueve años de edad, y Jason-3 (lanzado en enero de 2016) todavía están en operación.

Jason-2

 Lee Fu (izquierda) eran los científicos del proyecto para TOPEX Poseidon y Jason-1 y-2. Josh Willis es el actual científico del proyecto Jason-2 y-3. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Con el lanzamiento de Jason-2 en junio de 2008, el foco de espacial Ocean altimetría transición de los objetivos de investigación a las aplicaciones de datos proporcionando beneficios tangibles a la sociedad. Las operaciones de la misión se trasladaron de las agencias de investigación NASA y CNES a la Administración Nacional Oceánica y atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) y a la Organización Europea para la explotación de satélites meteorológicos (EUMETSAT); de hecho, las mediciones de altímetro satelital se usan rutinariamente en las predicciones de el niño de NOAA. La NASA y el CNES continúan proporcionando equipos científicos, diseño de instrumentos y gestión de datos especializada y centrada en la ciencia.

Previsión

Los datos de Jason-1 contribuyeron a esta previsión de la pista del huracán Rita a través del Golfo de México en 2005. La pista de tormenta aparece como una línea negra. Jason-1 observó una lengua de agua muy tibia (roja) en el Golfo, 13-23 pulgadas (35-60 centímetros) más alto que el agua circundante. El calor del océano puede fortalecer la intensidad del huracán. Crédito: NASA/JPL-Caltech/University of Colorado.

En pequeñas escalas de espacio y tiempo, las mediciones satelitales altimetría proporcionan información directamente útil para la predicción de tormentas marinas. Los huracanes son alimentados por el calor almacenado en el océano abajo, y puesto que el océano superior se amplía y contrae mientras que se calienta y se refresca, altura del nivel del mar son un marcador para la temperatura del agua y el contenido de calor. Por lo tanto, no es sorprendente que los datos del altimetría del océano se utilicen rutinariamente para pronosticar la fuerza de huracanes.

En 2014, se puso en funcionamiento un pronóstico inesperado para los datos de altimetría. Bangladesh, cuya historia de 46 años ha abarcado las inundaciones de los ríos que tratan la muerte, utiliza las mediciones de Jason-2 de los niveles de los ríos en su sistema de previsión y alerta de inundaciones. En el primer año de uso de estos datos, el sistema de Bangladesh permitió las advertencias de inundación más precisas y de  largo jamás dadas a esa nación.

Navegación

La Armada de los Estados Unidos usa los datos de los satélites de Ocean altimetría para ayudar a la navegación superficial y subacuática. Crédito: US Navy

Los marineros civiles y la Armada de los Estados Unidos utilizan los datos de la serie ' casi en tiempo real sobre corrientes, remolinos, vientos y ondas para ayudar a la navegación superficial y subacuática. La información sobre corrientes de Foucault en el Golfo de México ha sido utilizada por los operadores marinos para planificar operaciones de perforación offshore, con importantes ahorros de costos.

Jason-3

Representación artística de Jason-3. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Cuando Jason-3 se lanzó en 2016, el científico del proyecto NASA Willis comentó, "esta misión tiene grandes zapatos que llenar." Sus predecesores han construido uno de los registros más claros que tenemos de nuestro cambio climático. Jason-3 se ha desempeñado de forma impecable en la continuación del registro mundial de mediciones precisas de topografía de la superficie del mar y ahora está a mitad de camino a través de su misión principal.

Un nuevo papel para Jason-2

La nueva órbita de Jason-2 permitirá a los científicos--como Walter h. Smith (NOAA) y David Sandwell (Scripps Institution of Oceanografía), quienes han producido este mapa--mejorar su comprensión de las características del fondo marino global. Crédito: NOAA

Este año, los sistemas a bordo de Jason-2 empezaron a mostrar signos de daño por radiación espacial. La dirección de la misión decidió bajar el satélite de su órbita compartida con Jason-3. En la exhortación de la comunidad científica, el satélite fue bajado por 17 millas (27 kilómetros), donde recolectará datos a lo largo de una serie de pistas de tierra a sólo 5 millas (8 kilómetros) de distancia, con un ciclo de repetición de un año.

Además de proteger a Jason-3, la nueva órbita permitirá a Jason-2 producir una estimación mejorada y de alta resolución de la altura media de la superficie del mar de la tierra. Debido a que la topografía del océano está determinada en parte por los contornos en el fondo oceánico, se espera que la estimación permita a los científicos mejorar los mapas del lecho marino, resolviendo actualmente detalles desconocidos de rasgos submarinos como las montañas submarinas. Estos mapas permitirán avances en la modelización oceánica, pronóstico de olas del tsunami y apoyo a operaciones navales.

En el futuro

Ilustración de la próxima misión Sentinel-6. Crédito: ESA

La próxima misión de Ocean altimetría, prevista para el lanzamiento en 2020, se llama Jason Continuity of Service (Jason-CS) en la misión Sentinel-6. Como el nombre largo implica, se llevará el orgulloso legado de Jason, pero con un nuevo socio: la Agencia Espacial Europea. EUMETSAT conducirá la misión, y el papel de la NASA seguirá siendo similar a su papel en Jason-3. El CNES evaluará y evaluará el desempeño de la misión y proporcionará una determinación precisa de la órbita.

Los satélites ya han revolucionado la oceanografía, y pronto harán lo mismo para la hidrología: el estudio del agua en la tierra. La misión de la topografía de aguas superficiales y océanos (DAFO) de Francia y Estados Unidos estará a la vanguardia, llevando un innovador interferómetro llamado KaRin que marca un quiebre con las tecnologías actuales.

Fu señala que estos cambios muestran el valor que la comunidad científica mundial pone en el programa Ocean altimetría. "la medición es tan importante, y la tecnología está plenamente demostrada", dijo. "en el largo plazo, Ocean altimetría es un compromiso internacional."

Alan Buis
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California
818-354-0474
Alan.Buis@jpl.nasa.gov

Written by Carol Rasmussen
NASA's Earth Science News Team

Traducción: El Quelonio Volador