6/26/ CLIMATE CHANGE INITIATIVE Kristýna Leimerová Česká kosmická kancelář, o.p.s. Climate Change Initiative Oficiální název: Global Monitoring of Essential Climate Variables Element programu Earth Watch Vznik na základě reportů IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change ) - potřeba řešení minimalizace jevů s negativním dopadem na změnu klimatu IPPC založeno UNEP (United Nations Environment Programme) a WMO (World Meteorological Organization) Souvislosti: pro globální studium klimatu ideální data dálkového průzkumu Země, pro některé oblasti není volně dostupný datový zdroj poskytující dlouhé časové řady přístupný 1992 vznik GCOS (Global Climate Observing System) 2003 ustanoven seznam ECV (Essential Climate Variables) proměnné, které je třeba trvale sledovat Jakým stylem budou tyto proměnné poskytovány uživatelům? ESA reaguje vytvořením CCI 2 1
6/26/ Hlavní aktivity programu: Shromažďování, porovnávání a uchovávání dlouhých časových řad v distribuovaných archivech ESA Periodické zpracovávání základních datasetů z každé individuální EO mise a aplikování nejnovějších algoritmů zpracování a cal/val korekcí Integrace kalibrovaných datasetů odvozených z individuálních EO misí a senzorů, tak aby bylo dosaženo nejlepšího možného pokrytí pro každou ECV Hodnocení trendů a konzistence ECV záznamů v kontextu klimatických modelů Vývoj vylepšených modelů a algoritmů pro produkci požadovaných proměnných ze vznikajících zdrojů dat Fáze: 1 Konzultace s uživateli a specifikace 2 Vývoj systému a generování datových produktů 3 Hodnocení a zpětná vazba 3 Essential Climate Variables Na počátku z celkových 21 ECV vybráno 11, v průběhu výběr rozšiřován VYBRANÉ NA ZAČÁTKU DODATEČNĚ VYBRANÉ OCEÁN PEVNINA ATMOSFÉRA Sea-level Sea Surface Temperature Ocean Colour Ice Sheets Sea Ice Landcover Glaciers and Ice Caps Fire Disturbance (Burned Area and Active Fire) Soil Moisture Cloud Aerosol Ozone Greenhouse Gasses (CO 2, CH 4 ) ZBÝVAJÍCÍ Ocean Surface Salinity LAI fapar Snow Albedo Lake Levels Biomass Upper Air Winds 4 2
6/26/ Vstupy + výstupy Zdrojová data: Datové archivy ESA (ERS, Envisat, EarthExplorer, Sentinely), NASA, NOAA, CSA a další Zpracované datové produkty ECV Výsledky kalibrace a validace, metadata Validační algoritmy Softwarové balíky pro zpracování dat Toolboxy Specifikace pro Globální monitorovací systémy Dokumentace Vzdělávací a komunikační materiály Produkty dostupné na stránkách http://www.esa-cci.org/ 5 6 3
6/26/ V programu CCI je zapojen 15 Evropských zemí Rozpočet pro roky 2009 2014 činil 170 mil. euro 75 mil. euro pokryto státy Program prodloužen do roku 2016 nyní pokryto cca 78 mil. euro 7 Cíle: produkce datasetů ECV pro jeden referenční rok z množství dostupných senzorů, vývoj nových algoritmů pro zpracování těchto dat, validace datových produktů Multispektrální aerosolová optická hloubka a typy aerosolů v rozlišení 10 km - AATSR, MERIS a POLDER Rozlišení 50 km SCIAMACHY, AATSR + index UV absorbce aerosolů Profily stratosférického ozonu v rozlišení 2,5 x 10 - GOMOS Agregované produkty, přizpůsobené konkrétním uživatelským požadavkům úroveň 3 Datasety budou poskytovány ve formátu netcdf ve třech úrovních zpracování Dostupné použité nástroje a algoritmy ATSR-2 (ERS-2, ESA), AATSR (Envisat, ESA), MERIS (Envisat), POLDER (PARASOL, CNES), GOME (ERS-2), SCIAMACHY (Envisat), OMI (Aura, NASA), GOME-2 (MetOp- A, ESA), AVHRR/3 (NOAA) 8 4
6/26/ 9 Cíle: tvorba datasetů charakteristik oblačnosti, validace pomocí pozemních i družicových dat Dva datasety s globálním pokrytím hlavní proměnné vybrány na základě tříletého výzkumu (2007-2009) Stupeň pokrytí oblačností, teplota a tlak horní hranice oblačnosti, obsah vody a ledu v oblačnosti Data poskytována v měsíčním časovém rozlišení, prostorové rozlišení 0,5 Ačkoliv synergií dalších senzorů je umožněno hodnocení základních komponent vlastností oblačností v denním rozlišení Datasety budou poskytovány ve formátu netcdf ve třech úrovních zpracování Dostupné rovněž použité nástroje zpracování Pro každý dataset použita jiná skupina senzorů: (A)ATSR (Envisat-ESA) AVHRR (NOAA) MODIS (Terra-NASA) (A)ATSR a MERIS (Envisat) 10 5
6/26/ 11 Greenhouse Gases Cíle: monitorng a modelování nejvíce rozšířených antropogenních skleníkových plynů (CO 2, CH 4 ) Molární koncentrace CO 2 a CH 4 ze senzorů SCIAMACHY (Envisat) a TANSO (GOSAT, JAXA+NIES+MOE) Pro oblast horních vrstev atmosféry budou využity senzory IASI (MetOp-A), MIPAS (Envisat), ACE-FTS (SCISAT-1, CSA) Validace produktů bude uskutečněna pomocí dat pozemních sítí TCCON a NDACC, GAW a AGAGE Datasety budou poskytovány ve formátu netcdf ve dvou úrovních zpracování 12 6
6/26/ 13 Cíle: analyzovat potřeby komunit zabývajících se klimatem v oblasti výzkumu ozonu, přizpůsobit satelitní výstupy jejich potřebám Celkové množství ozonu z nadirových UV senzorů zpětného rozptylu Časové řady od roku 1995 do současnosti generované z dat GOME, SCIAMACHY, GOME-2 a OMI Ozonové profily z nadirových UV senzorů zpětného rozptylu Ze senzorů GOME, SCIAMACHY, OMI a GOME-2 pro období minimálně dvou po sobě jdoucích let Ozonové profily z hranových (limb) a okultačních senzorů Ze senzorů GOMOS, MIPAS, SCIAMACHY, OSIRIS (Odin), SMR (Odin), ACE-TFS pro období minimálně dvou po sobě jdoucích let Data budou produkována ve čtyřech úrovních zpracování a ve třech typech (sloupec, nadirový profil, limb profil) Formát NetCDF a HDF5 Vertikální rozlišení 1-5 km, horizontální 30-80 km 14 7
6/26/ 15 Cíle: přispět k mapování ledovců mapovaní ledovců ve vybraných oblastech, kde nejsou doposud tato data dostupná a definování konzistentního způsobu zpracování dat pro monitoring ledovců Oblasti ledovců hranice ledovců ve vektorovém formátu společně s topografickými atributy (např. průměrná, min. a max. nadmořská výška, orientace a sklon Rozdíly nadmořské výšky rozdíly pro celý ledovec z rozdílů digitálních výškových modelů, nebo formou časových řad konkrétních měřených bodů Rychlost povrchu posuv povrchu ledovce vypočítaný pro vybrané části ledovce Landsat TM/ETM+, digitální výškové modely ASTER GDEM, SRTM a národní zdroje 16 8
6/26/ 17 Projekt začal v lednu Cíle: vznik dlouhodobého konzistentního datasetu mapujícího vývoj ledovcového štítu Dynamika ledových štítů má vliv na změnu výšky hladiny moří Projekt zaměřen pouze na Grónsko, metody využitelné pro Antarktickou oblast Změna výšky povrchu (Surface Elevation Change,SEC) Rychlost pohybu ledu (Ice Velocity,IV) Čára odtržení ledovce (Calving Front Location, CFL) Hranice ledovce na pevnině (Grounding Line Location, GLL) Data radarové altimetrie a SAR z ESA zdrojů Pozemní data Dánské geologické služby 18 9
6/26/ 19 Cíle: Vývoj a validace algoritmů pro vytvoření globálních produktů z družicových dat z multisenzorových datových archivů Produkce globálních časových řad využitelné pro klimatický výzkum a modelování Posílit spolupráci mezi komunitami zabývajícími se výzkumem klimatu a jeho modelováním Koncentrace chlorofylu fytoplanktonu Vyzařování vodní plochy Koeficient spektrálního útlumu záření procházejícího vodní hladinou Celková absorbce Celkový zpětný rozptyl Absorbce CDOM Zpětný rozptyl na částicích Absorbce fytoplanktonu Data budou poskytována ve formátu NetCDF Požadované horizontální rozlišení 1 km, cyklus pozorování 1 den MERIS, MODIS, SeaWiFS (SeaStar, NASA) 20 10
6/26/ 21 Projekt začal v prosinci 2011 Cíle: poskytování časových řad koncentrace a tloušťky ledu mořský led ubývá rychleji než předvídaly modely zemského systému pro poslední IPCC zprávu Koncentrace ledu Oblast Arktidy a Antarktidy Časová řada od roku 1979 Pasivní mikrovlnná data ASAR, TPM Tloušťka ledu Oblast Arktidy Časová řada od roku 1993 Radarová altimetrie RA (ERS, Envisat), validace rozptyloměr ASCAT (MetOp, EUMETSAT) Validace pomocí pozemních i družicových dat 22 11
6/26/ 23 Sea Surface Temperature Cíle: vývoj a validace algoritmů na zpracování dat multi-senzorových datových archivů, generování a validace datasetů pro klimatický výzkum a modelování Časová řada teplot mořského povrchu 1991-2010 Data budou poskytována ve čtyřech úrovních zpracování Data budou poskytována ve formátu NetCDF Prostorové rozlišení 0,05-0,25, 1-4 km Přesnost 0,1 C ASTR-1,ASTR-2, AASTR, AVHRR (NOAA), SEVIRI (MSG) AMSR-E (Aqua, NASA), TMI (TRMM, NASA) 24 12
6/26/ 25 Hladina moře je brána jako ukazatel variability klimatu V současné době je k dispozici časová řada 20 let konstantního měření hladiny všech oceánů S využitím altimetrických dat je průměrná výška hladiny počítána kontinuálně od roku 1993 Cíle: vývoj a validace nových algoritmů zpracování družicových dat, vytváření nových datasetů a jejich validace, zohlednění zpětné vazby uživatelských komunit, vývoj systému pro budoucí produkci těchto dat Verze 0: výšky hladiny, existující algoritmy Verze1: výšky hladiny, nově vyvinuté algoritmy Průměrná výška hladiny (Mean Sea Surface, MSL), Anomálie výšky hladiny (Sea Level Anomaly, SLA) Prostorové rozlišení 6-7 km, měsíčně 1 produkt Data budou poskytovány ve formátu NetCDF ERS-1, ERS-2, Envisat TOPEX/Poseidon (CNES, NASA), Jason-1, Jason-2, Geosat-Follow-On (US Navy) 26 13
6/26/ 27 Cíle: Analýza a specifikace požadavků pro vývoj algoritmů pro zpracování dat spálených ploch Porovnání a výběr nejvhodnějších algoritmů Vývoj systému pro produkci datasetů Validace a hodnocení produktů Časová řada spálených ploch v letech 1995-2010 pro 10 zájmových oblastí o celkové ploše 250 000 km² Spálené plochy v globálním pokrytí pro roky 1999, 2000, 2002, 2003 a 2005 Data poskytována ve formátu NetCDF Prostorové rozlišení 0,5 x 0,5, časové rozlišení 15 dní ATSR-2, VEGETATION (SPOT), MERIS 28 14
6/26/ 29 Cíle: vývoj algoritmů pro generování globálního datasetu, vývoj systému pro poskytování těchto produktů Landcover Pro roky 2000, 2005, 2010 Prostorové rozlišení 300 m (r. 2005, 2010), 1 km (r. 2000) Data poskytována ve formátu NetCDF, GeoTIFF MERIS FR, MERIS RR a SPOT-VGT Odrazivost povrchu Pro roky 2003, 300 m NetCDF MERIS, SPOT-VGT (možné rozšíření o časovou řadu 1998-2002), AASTR Validace daty GlobCover a odvozených produktů z pozorování senzoru MODIS 30 15
6/26/ 31 Projekt začal v lednu Cíle: produkce kompletního a konzistentního záznamu půdní vlhkosti v globálním pokrytí z dat mikrovlnného snímání Analýza potřeb komunity zabývající se výzkumem vlhkosti půdy Přizpůsobení výstupů družicových pozorování těmto požadavkům Vytvoření dlouhodobých časových řad vlhkosti půdy Produkty z dat aktivního snímání (1991-2010) Produkty z dat pasivního snímání (1978-2010) Produkty vytvořené spojením obou datových zdrojů Specifikace datových výstupů bude vydána v říjnu Data poskytována ve formátu NetCDF C pásmové rozptyloměry ERS-1/2, MetOp Multi frekvenční radiometry SMMR (Nimbus-7, NASA), SSM/I (DMSP, NASA), TMI (TRMM, NASA, NASDA), AMSR-E (Aqua, NASA), Windsat (Coriolis, NRL) 32 16
6/26/ 33 Climate Modelling User Group Cíle: Podpora integrace v rámci programu CCI Prostřednictvím zpracování požadavků a hodnocení uživatelů (komunita zabývající se modelováním klimatu) Prostřednictvím odezvy z pohledu klimatického systémů Podpora využívání globálních dat komunitou zabývající se modelováním klimatických změn Podporou využívání dat specialisty zabývajícími se modelováním klimatu Partnerstvím s existujícími výzkumnými organizacemi Hodnocení kvality a dopadu individuálních i kombinovaných datových produktů Hodnocení využitelnosti produktů v klimatologických aplikacích Kvantifikací přesnosti výstupů z modelů 34 17
6/26/ Hlavní aktivity: Definování vědeckých požadavků odvozených od GCOS Poskytování zpětné vazby CCI projektům Hodnocení produkovaných dat Zaměření na konzistentnost výstupů jednotlivých projektů Interakce s iniciativami zabývajícími se modelováním 35 Děkuji za pozornost Kristýna Leimerová leimerova@czechspace.cz Mob.: +420 733 695 367 Česká kosmická kancelář, o.p.s. Prvního pluku 17 186 00 Praha 8 Tel.: +420 224 918 288 www.czechspace.cz 36 18