Grazie all’intelligenza artificiale CryoSat potrà misurare lo spessore del ghiaccio marino con precisione anche in estate

La missione Earth Explorer CryoSat dell'ESA è dedicata alla misurazione dello spessore del ghiaccio marino polare e al monitoraggio dei cambiamenti nelle calotte glaciali che ricoprono la Groenlandia e l'Antartide

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Da quando è stata lanciata più di 12 anni fa, la missione CryoSat dell’ESA ha “abbagliato” per la sua assoluta eccellenza tecnologica e scientifica. Questo superbo satellite Earth Explorer ha raccolto una ricchezza di informazioni che ha trasformato la nostra comprensione del ghiaccio terrestre e di come sta reagendo ai cambiamenti climatici. In alcune circostanze, tuttavia, essere abbagliati non è una buona cosa, in particolare quando si tratta di misurare l’altezza del ghiaccio marino dallo Spazio durante l’estate.

Uno studio pubblicato su Nature descrive come gli scienziati abbiano ora trovato un modo ingegnoso per rimuovere il fastidioso problema dell’abbagliamento derivante dall’acqua di disgelo superficiale per produrre le prime misurazioni altimetriche continue, tutto l’anno, dello spessore del ghiaccio marino nell’Oceano Artico.

Essendo uno dei componenti più dinamici del sistema climatico terrestre, il ghiaccio marino aumenta e diminuisce naturalmente con le stagioni, ma la tendenza generale è quella di un rapido declino a causa del riscaldamento climatico, spiega l’Agenzia Spaziale Europea.

Il ghiaccio galleggiante non solo gioca un ruolo fondamentale nell’ambiente polare ma anche nel clima globale. Ad esempio, la sua superficie bianca riflette molto più luce solare nello Spazio rispetto all’oceano, funge da isolamento tra le acque oceaniche e l’aria e ha un ruolo anche nei modelli di circolazione oceanica globale. Supporta anche le comunità native ed è vitale per la fauna selvatica sopra e sotto l’acqua.

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Copyright ESA /AOES Medialab

Per comprendere esattamente quanto ghiaccio sta perdendo l’Oceano Artico, sono necessarie misure sia dell’estensione che dello spessore del ghiaccio per calcolare l’effettiva perdita in termini di volume.

Jack Landy, della UiT Arctic University of Norway, ha dichiarato: “Il ghiaccio artico si sta sciogliendo più velocemente che mai. Abbiamo bisogno di conoscenze sullo spessore del ghiaccio marino, sia per ridurre i rischi per la sicurezza per le imprese e le navi, ma anche per fare previsioni per il clima futuro“.

I satelliti sono stati utilizzati per stimare lo spessore del ghiaccio sin dagli anni ’80, ma queste misure sono più affidabili durante l’inverno, da ottobre a marzo, quando il ghiaccio e la neve sono freddi e asciutti. Durante l’estate, una vasta area di ghiaccio marino nell’Artico si scioglie e man mano che i cambiamenti climatici prendono il sopravvento, la quantità rimasta a settembre tende a diminuire con il passare degli anni. Tuttavia, è lo spessore del ghiaccio estivo che si rivela il più difficile da misurare dallo Spazio. Ciò perché sulla superficie del ghiaccio possono accumularsi pozze d’acqua di disgelo che portano a imprecisioni nei dati satellitari.

Landy ha spiegato: “Nei mesi estivi, gli strumenti satellitari possono essere abbagliati dall’acqua di disgelo che si accumula sulla superficie del ghiaccio marino, il che significa che non sono in grado di distinguere tra il ghiaccio che si scioglie e la superficie dell’acqua aperta tra i banchi di ghiaccio marino“.

Questo problema complica anche il modo in cui gli scienziati interpretano i dati della missione CryoSat.

CryoSat trasporta un altimetro radar specializzato che misura l’altezza del ghiaccio che sporge sopra l’acqua e da ciò si può calcolare lo spessore del ghiaccio.

Avere fiducia nei dati satellitari è fondamentale per la ricerca sulla scienza del clima, quindi, finanziato inizialmente dal programma Living Planet Fellowship dell’ESA e poi dal Natural Environment Research Council del Regno Unito e dal Research Council norvegese, un team guidato da Landy ha esaminato come questo problema di l’abbagliamento potrebbe essere risolto.

I risultati, pubblicati su Nature, descrivono come hanno sfruttato l’intelligenza artificiale e l’hanno applicata ai dati di CryoSat per produrre il primo record di spessore del ghiaccio marino pan-artico, annuale, decennale e bimestrale per il 2011-2020.

Landy ha spiegato: “Il nostro team internazionale ha utilizzato tecniche di intelligenza artificiale per verificare se CryoSat stesse osservando i banchi di ghiaccio marino in scioglimento o la superficie dell’oceano tra i banchi, quindi abbiamo utilizzato simulazioni di modelli radar per garantire che CryoSat stesse misurando correttamente lo spessore del ghiaccio marino“. “Confrontando i nuovi dati satellitari con le osservazioni in situ delle campagne nell’Artico, abbiamo scoperto che CryoSat potrebbe effettivamente misurare lo spessore del ghiaccio marino con precisione durante l’estate. I dati hanno rivelato che il volume del ghiaccio marino si riduce dell’80% ogni estate nell’Artico, da circa 23000 km cubi alla fine dell’inverno a circa 4000 km alla fine dell’estate“. “I modelli climatici prevedono che l’Oceano Artico abbia perso circa tre quarti del suo volume di ghiaccio marino estivo dagli anni ’80. Le nostre nuove osservazioni confermano che nell’ultimo decennio il volume del ghiaccio marino estivo è stato basso come previsto dai modelli“.

Oltre a far progredire la scienza del clima, queste nuove scoperte avranno anche importanti usi pratici. Ad esempio, portano a un passaggio artico più sicuro per il traffico marittimo, in particolare in estate.

Il nuovo modo di affrontare l’abbagliamento fornisce anche un significativo passo avanti per l’ESA nello sviluppo del futuro Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter, CRISTAL.

Dotato di un altimetro radar a doppia frequenza e di un radiometro a microonde, CRISTAL misurerà e monitorerà lo spessore del ghiaccio marino e l’altezza della neve sovrastante. Insieme alle osservazioni dell’estensione del ghiaccio marino effettuate dalla missione Copernicus Imaging Microwave Radiometer, le misurazioni CRISTAL supporteranno le operazioni marittime negli oceani polari e contribuiranno a una migliore comprensione del riscaldamento artico sul volume del ghiaccio marino.