Satellitter er unike i sin evne til å gi enhetlige målinger over store områder. Flere av de store romorganisasjonene har klimaspørsmålet som et av de viktigste når de nå planlegger og bygger nye satellitter for forskning eller operativ bruk. Dette gjelder ikke minst den europeiske romorganisasjonen European Space Agency (ESA) og meteorologiorganisasjonen EUMETSAT, som til sammen har en rekke nye satellitter under bygging for å bidra til avklaringer vedrørende klimamodellering og -overvåkning.

Når forskere skal forklare hva som skjer med klimaet, og gi prognoser for de kommende årtiene, er to ting essensielt: Modeller og målinger. Satellitter har betydning for begge. Fremdeles finnes det uløste spørsmål som satellitter kan bidra til å gi et bedre svar på.

Vil økende global temperatur og påfølgende økning i fordamping føre til mer eller mindre skyer? Hvordan bidrar utslipp av aerosoler til klimaendringer? Hvor forskjellige vil utslagene bli i henholdsvis Arktis og Antarktis? Dette er områder hvor vi finner noen av de største usikkerhetene og utfordringene innen klimamodellering.

For å kunne forstå og modellere geofysiske prosesser, trenger man detaljerte målinger av de parametre som modellen benytter. For dette formål bygger man gjerne forskningssatellitter.

For å gjøre langsiktige klimaprognoser (modellberegninger), trenger man oppdaterte målinger over hele jorda helt fram til det tidspunkt da beregningen kjøres. Her bidrar vær- og miljøsatellitter med et vell av data.

Satellittenes styrker og svakheter

Selv om satellittene er unike i sin evne til globale og enhetlige målinger, kan også de by på metodiske utfordringer:

Satellitter utsettes for store stråledoser og temperatursvingninger i sin bane. Hvordan sikre seg mot at instrumentene ombord forandrer seg under satellittens levetid? Satellitter måler på en helt annen måte enn in-situ instrumenter gjør. Hvordan kan man sikre at de to typer målinger gir samme svar for en gitt fysisk parameter?

Nye satellitter har gjerne en ny generasjon instrumenter i forhold til sine forgjengere. Skal man bygge identiske satellitter over lengre tid, eller prøve å dra nytte av den teknologiske utvikling ved stadig å lage bedre (og helst billigere) satellitter?

Her har vi to ytterpunkter: Den rene forskningssatellitten lages gjerne for å flytte kunnskapsmessige og teknologiske grenser, er unik, og kan være vanskelig å utnytte unntatt for forskerteamet som utvikler den.

Værsatellittene lages derimot i serier for å ha et robust system og gjøre jobben enklest mulig for dem som skal bruke målingene.

Uansett er kalibrering og validering viktig for å kunne “skjøte sammen” satellittens målinger med andre datakilder. Lange tidsserier er svært viktig i klimasammenheng, og observasjonssatellitter “lever” sjelden noe særlig mer enn 10 år.

I det følgende er gitt en del eksempler på klimarelaterte temaer hvor europeiske jordobservasjonssatellitter i bane eller under bygging vil kunne yte vesentlige bidrag i løpet av det kommende tiåret.

Tyngdefeltet

Når det gjelder detaljerte spørsmål om hvordan havstrømmer beveger seg og hvordan de vil kunne endre seg, er kunnskapen om jordas tyngdefelt i dag for dårlig.

Den europeiske satellitten GOCE, som skal skytes opp i høst, vil gi forskerne et vesentlig mer presist tyngdefelt over verdenshavene, og derigjennom mer detaljert innsikt i havstrømmene.

En annen tyngdefeltsatellitt, amerikansk-tyske GRACE, har i de siste par årene gitt helt nye data om hvordan jordas tyngdefelt varierer lokalt som funksjon av at isbreer kalver, is smelter og mye vann renner ned langs store elver.

Havet

Dagens værsatellitter og flere forskningssatellitter gir hver dag direkte informasjon om havets overflatetemperatur. Et godt eksempel er Europas nye polare værsatellitt MetOp-A, som ble skutt opp i 2006. De identiske etterfølgerne MetOp-B og MetOp-C vil sikre datakontinuitet frem til 2020.

Andre satellitter kan måle havhøyden (vannstand) globalt, og gir dermed indirekte informasjon om temperaturforholdene dypere ned i havet, fordi vann utvider seg noe når det blir varmere.

Men også havets saltholdighet er viktig, og dette er en parameter som har vært vanskelig å måle fra satellitt. Med ESAs satellitt SMOS vil det fra 2008 omsider komme et instrument i rommet som kan måle saltholdighet i havoverflaten.

Skyer og vanndamp

Spørsmålet om hvor mye skydekket vil øke eller minske i årtiene framover, har stor betydning for hvor sterk den globale oppvarmingen vil bli utover i dette hundreåret. Vanndamp i atmosfæren er en drivhusgass og når havet blir varmere vil mer vann fordampe.

Men dersom vanndampen kondenseres til skyer kan det ha avkjølende effekt. Skyer kan forsterke eller dempe den globale oppvarmingen avhengig av skyenes egenskaper og høyde, og det knytter seg fortsatt usikkerhet til hvordan klimaendringer vil påvirke skydannelsen.

Dagens værsatellitter gir god informasjon om hvor det er overskyet og hvor det er klarvær, men forteller ikke så mye om skyenes indre eller hvordan de dannes.

Helt nye NASA-forskningssatellitter som CloudSat og Calipso ble skutt opp i fjor og studerer nå skyenes indre med radar og lidar (laser-radar).

I 2012 kommer så den store europeisk-japanske satellitten EarthCARE, som forventes å bringe vår forståelse av skyer og jordas strålingsbalanse et stort steg videre.

Vi vet i dag ikke med sikkerhet hvordan fordelingen av høye og lave skyer vil bli i fremtiden og om de vil forsterke eller redusere temperaturøkningen fra våre CO2-utslipp.

Gasser og aerosoler

Stadig flere forskningssatellitter kommer opp med instrumenter som kan måle atmosfærens innhold av ulike klimagasser, partikler og annen forurensning, og moderne værsatellitter kan i tillegg gjøre ozon-målinger. Dette er et svært verdifullt supplement til målinger gjort fra bakken, ballonger og fly.

Det er økende interesse for aerosolenes rolle i klimasammenheng, både når det gjelder direkte absorpsjon og refleksjon av solstråling, og bidrag til skydannelse. Også her vil det på sikt være vær- og miljøsatellittene som blir “arbeidshestene” i klimasammenheng.

Det tar imidlertid tid å fornye operative satellittprogrammer, og det nye amerikanske værsatellittprogrammet er svært forsinket. I Europa vil det ta mer enn ti år før neste generasjon værsatellitter kommer med mer operative instrumenter for avansert atmosfærekjemi.

I 2009 kommer imidlertid europeiske ADM-Aeolus, som blir første satellitt som med laser skal kunne måle vindhastighet og aerosoler i ulike luftlag.

Is

En rekke satellitter gir i dag informasjon om polarisens utbredelse og isbreers bevegelse.

Både nøyaktighet og dekningsevne vil øke ytterligere når Europas nye miljøradarsatellitt Sentinel-1 kommer opp i 2011. Direkte måling fra satellitt av havisens tykkelse har hittil vært et problem, men med ESAs kommende CRYOSAT vil man fra 2009 få et helt nytt verktøy her.

CRYOSATs nøyaktige radar vil registrere hvor høyt isen ligger over vannet, og derigjennom vil den totale istykkelsen kunne beregnes. Istykkelse kan også måles med bruk av laser fra satellitt, men kun i områder hvor det er skyfritt. NASAs IceSat er allerede i bane for å gjøre slike målinger.

Skog og arealbruk

Skog og annen vegetasjon har stor betydning for CO2-balansen. Ved avskoging av et område endres både mengden CO2 som bindes gjennom fotosyntese, og områdets evne til å reflektere sollys.

Samtidig vil en varmere og mer CO2-holdig atmosfære kunne gi raskere tilvekst i mange eksisterende skogsområder.

En rekke satellitter som kan gi detaljert informasjon om skogareal, skogbranner og skogens helse, er nå i bane. Ingen land kan lenger skjule nedhugging av skog, eller påberope seg kunstig høye skogarealer i spørsmål om klimakvoter, nå som all skogstatistikk kan kontrolleres uavhengig vha satellitter.

I Europa starter nå byggingen av neste generasjon operativ satellitt for skog- og vegetasjonsovervåkning, Sentinel-2, med sikte på oppskytning i 2011.

Vulkaner

Sot og støv som kastes opp i atmosfæren ved store vulkanutbrudd kan virke inn på temperaturen. Eventuelle variasjoner i vulkansk aktivitet på global skala vil således ha en direkte klimaeffekt.

Allerede i dag er det satellitter i bane som kan registrere hva slags gasser som slippes ut fra aktive vulkaner.

En av hovedoppgavene til ESAs kommende radarsatellitt Sentinel-1 vil være å kartlegge de ørsmå bevegelsene i fjellsidene på alle verdens aktive vulkaner, for derigjennom å bidra til bedre forståelse av hvor det bygger seg opp spenninger som kan lede til snarlige vulkanutbrudd.

Her er vi helt i startfasen av en meget spennende utvikling når det gjelder hva satellitter kan gi oss av informasjon.

Sola

Sist, men ikke minst, det er viktig å holde øye med solas utstråling av lys og partikler i retning jorda.

I dag er både amerikanske, europeiske og japanske rominstrumenter i virksomhet. Satellittene har vist oss hvor dynamisk sola er, der den plutselig “hoster, harker og spytter” ut partikler, magnetfelt og stråling.

Historisk sett har sola vært årsak til mange klimaendringer her på jorda, og data tyder på at økt utstråling fra sola bidro noe til den globale temperaturøkningen i perioden 1880-1960.

Satellittmålinger tyder imidlertid på at den varmen jorda årlig har mottatt fra sola de to siste tiårene har vært ganske konstant. Vil dette vedvare eller vil sola igjen vise langtidstrender? Det vil fortsatte satellittobservasjoner kunne gi svar på.

Det er også observert store variasjoner i mengden UV-, røntgen- og partikkelstråling, avhengig av solas 11-årige solflekksyklus. Slike variasjoner gir vesentlige endringer i den øvre jordatmosfæren som igjen kan påvirke klimasystemet i nedre del av atmosfæren.

Jorda bombarderes hele tiden av kosmisk stråling fra det ytre rom. Det er fortsatt ikke godt nok forstått i hvor stor grad slik kosmisk partikkelstråling bidrar til kondensering og skydannelse i jordas atmosfære.

Det som derimot er sikkert, er at solas varierende magnetfelt påvirker hvor mye slik kosmisk partikkelstråling som når fram til jorda. Dette kan være en av de effektene som har bidratt til klimaendringer i forhistorisk tid, og viser hvor kompliserte prosesser som er i sving når klimaet skal studeres på lang sikt.

I årene framover er det planlagt flere forskningssatellitter som kan gi bedre modeller av prosessene på sola, og mer informasjon om hvordan romværet påvirker oss på jorda utover det at vi kan se nordlys.

Med bedre overvåking og forbedret modellering av sola vil vi kanskje kunne forutsi mer presist hvordan solaktiviteten vil utvikle seg og dermed også hvilke bidrag den vil gi til klimautviklingen.

Dersom vi er heldige vil solas utstråling avta noe og dermed redusere effekten av den økte drivhuseffekten.

Oppsummering

Satellitter er blitt et svært nyttig verktøy i klimasammenheng, både for å bidra med daglige globale målinger og for å avklare modellmessige spørsmål. Mange av de meldingene som nå tikker inn om temperaturøkning og nedsmelting rundt om på jorda, kommer fra satellitter.

Den europeiske romorganisasjonen ESA har tatt klimaspørsmålet på alvor. En rekke europeiske satellitter er under bygging for å gi enda bedre innsikt i temperatur, havstrømmer, havis og skyer i årene framover, i tillegg til at overvåkningen av sola gjennom en ny solflekksyklus intensiveres i samarbeid mellom USA, Europa og Japan.

Om ti år, i 2017, vil klimaforskerne ha “fordøyd” data fra satellitter som MetOp-A, GOCE, CRYOSAT, ADM-Aeolus, SMOS, EarthCARE, Sentinel-1, Sentinel-2 og Sentinel-3.

Norge er, gjennom vår aktive deltakelse i ESA, deleier i alle disse satellittene. Det er all grunn til å tro at disse satellittene vil kunne bidra til mer presise klimavarsler for de neste 50-100 år enn hva som er mulig i dag.