Mediciones de hielo a prueba de futuro desde el espacio

La campaña consistió en tomar mediciones simultáneas del hielo marino desde los satélites CryoSat de la ESA e ICESat-2 de la NASA, y desde un avión que volaba sin rodeos debajo de los dos satélites.

Es la primera vez que se hace esto en la Antártida.

CryoSat lleva un altímetro de radar e ICESat-2 lleva un láser. Ambos instrumentos miden la altura del hielo emitiendo una señal y calculando el tiempo que tarda la señal en rebotar en la superficie del hielo y regresar al satélite.

Conocer la altura del hielo permite a los científicos calcular el espesor, lo que, junto con las mediciones de la extensión de la cobertura de hielo, es vital para comprender cómo está cambiando el volumen de hielo, tanto el hielo en tierra como el que flota en el mar.

Esto es particularmente arduo sobre el hielo marino porque la nieve se puede acumular sobre el hielo.

Determinar el grosor del hielo marino implica medir el ‘francobordo’ de los témpanos de hielo, la altura que sobresale del agua. Sin embargo, la nieve puede empujar el témpano hacia el agua, ocultando el verdadero espesor del hielo. Por lo tanto, es necesario aplicar a los datos una corrección por carga de nieve.

La combinación de mediciones de los dos satélites permite a los científicos corregir este efecto de carga de nieve.

Mientras que el radar de CryoSat penetra a través de la capa de nieve y se refleja de cerca en el hielo que se encuentra debajo, el láser de ICESat-2 se refleja en la parte superior de la capa de nieve. La combinación de lecturas simultáneas de láser y radar satelital significa que las estimaciones de la profundidad de la nieve serán más confiables.

Sin embargo, las corrientes y el viento desplazan el hielo marino. En circunstancias normales, los dos satélites tomarían medidas en el mismo lugar con días de diferencia, por lo que podría haber hielo diferente bajo sus trayectorias orbitales normales. El hielo en tierra es, por supuesto, menos dinámico.

Hasta ahora, los científicos no han podido aprovechar al máximo las mediciones coincidentes registradas por cada misión para monitorear el hielo marino en el Océano Antártico.

Hace un par de años, la ESA llevó a cabo la arduo tarea de elevar la altura orbital de CryoSat en casi 1 km para sincronizar sus trayectorias terrestres con las de ICESat-2. Este ajuste orbital brinda una oportunidad única para comparar mediciones coincidentes de ambos sensores satelitales.

Ahora que los científicos obtienen dos tipos diferentes de medición del mismo hielo marino, la reciente campaña antártica sirvió como un camino esencial de calibración entre satélites y allana el camino para el uso futuro de registros de medición satelital separados.

Para la campaña, el avión DASH-7 de British Antarctic Survey fue equipado con sensores de última generación que imitan el altímetro de radar en CryoSat y el láser en ICESat-2. También estaba equipado con instrumentos que miden la profundidad de la nieve, el albedo de la superficie y la rugosidad.

Los vuelos desde la estación de investigación Rothera de Survey se programaron para que tuvieran lugar exactamente cuando los satélites orbitaban arriba, lo que permitió al equipo recopilar un conjunto de datos de alta resolución sobre el mismo hielo marino. Esto ayudará al equipo a desarrollar algoritmos más precisos para mejorar las estimaciones del espesor del hielo marino obtenidas por satélite.

Al aplicar estos algoritmos al registro de altimetría de radar satelital histórico, como CryoSat, proporcionarán una serie temporal del espesor del hielo marino antártico que se remonta a décadas y llenarán los vacíos en el conocimiento del hielo marino en las regiones polares.

El avión DASH-7 también llevaba un conjunto adicional de sensores similares a los que se llevarán en la nueva misión del altímetro de topografía de nieve y hielo polar Copernicus, o CRISTAL para abreviar.

En lugar de depender de las mediciones de radar y láser de diferentes satélites, el radar de CRISTAL utilizará dos frecuencias diferentes para medir y monitorear el espesor del hielo marino, la profundidad de la nieve que recubre y las elevaciones de la capa de hielo.

CRISTAL garantizará la continuación a largo plazo de los registros de elevación de hielo y cambio topográfico de altimetría de radar, luego de la misión CryoSat y otras misiones patrimoniales.

Estos datos respaldarán las operaciones marítimas seguras en los océanos polares y contribuirán a una mejor comprensión de los procesos climáticos. CRISTAL también admitirá aplicaciones relacionadas con aguas costeras e interiores, además de proporcionar observaciones de la topografía oceánica.

Andrew Shepherd, de la Universidad de Leeds y asesor científico principal de las misiones CryoSat y CRISTAL, señaló: «Volar el DASH-7 es una oportunidad emocionante, ya que demuestra que podemos cerrar la brecha que surgirá entre CryoSat y CRISTAL».

La becaria de investigación de la ESA, Isobel Lawrence, señaló: «La campaña en la Antártida ha sido esencial para garantizar el futuro de las mediciones del espesor del hielo marino desde el espacio».

El científico de la misión CRISTAL de la ESA, Paolo Cipollini, añadió: “La ESA está en proceso de desarrollar CRISTAL para el programa Copernicus de la Unión Europea. Esta misión proporcionará las observaciones sostenidas a largo plazo que son crucialmente necesarias para el monitoreo del clima polar, la investigación climática y los servicios marinos. Y también se espera que permita una ciencia nueva y emocionante, en virtud de su conjunto de instrumentos mejorado y ampliado”.