Aktuální číslo:

2018/2

Téma měsíce:

Bionika

Jezulátko, pohled shora

El Niño lze sledovat a předpovědět družicovou altimetrií
 |  5. 12. 1996
 |  Vesmír 75, 677, 1996/12

Altimetrická měření z družice TOPEX/Poseidon (T/P) dnes slouží k sledování změn topografie moří včetně EL Niňa (neboli Jezulátka, viz též Vesmír 74, 257, 1995/5), s přesností 5 - 10 cm ve vertikálním směru, s rozlišením řádově až deset kilometrů na povrchu oceánu, prakticky průběžně a téměř globálně.

Soudobá kontinuální měření z Topesu ukazují, co dříve zjistit nešlo (a čemu pozemské metody nemají šanci konkurovat rychlostí, globálností a hustotou měřicí sítě): určitě i nesezónní variace odchylek mořské hladiny od geoidu (viz obr. obrázek) se v Pacifiku objevují v průběhu, ale i před nástupem vlastního El Niño lze předpovědět. Ale ani to není poslední slovo těchto družicových měření, výhledově lze dosáhnout centimetrové úrovně přesnosti v radiálním (svislém) směru a ze série měření alespoň za deset let potvrdit či vyvrátit dnes ještě neprokázané zvyšování hladiny světových moří v důsledku globálního oteplování.

Na rozdíl od minulého století, kdy El Niño bylo chápáno lokálně, dnes víme, že jde o jev globální rozsahu a dosahu1). El Niño je nepravidelně se opakující ohřívání tropické zóny Tichého oceánu. Dostavuje se jednou za 2 - 10 let a probíhá souběžně se změnami tlaku vzduchu při hladině mezi východní a západní částí Tichého oceánu. El Niño lze chápat jako výsledek nestabilních oscilací v systému atmosféra-oceán, jako přirozenou součást interakce atmosféry a oceánu ("věčný dialog moře a větru!). Pravděpodobně není třeba žádný "vybuzovací" mechanizmus. Existují nepřímé důkazy o tom, že El Niño se vyskytovalo nepřerušeně alespoň posledních 5 tisíc let2).

Nejde tedy o jev vyvolaný lidskou činností, i když i ta ho může ovlivnit. Důsledky El Niňa bývají katastrofální, např. velké deště a následné záplavy na jihu USA, nebo naopak posunutí a nedostatečnost monzunů, po čemž přicházejí velká sucha. neúroda, požáry v Africe, Indii, Indonésii a Austrálii. Dopady El Niňa mohou být dlouhodobé. Podle některých tvrzení 3) nejsilnější zaznamenané El Niño ve 20. století (1982 - 83) ovlivňovalo odchylky mořské hladiny od geoidu a tím oceánské proudy u v mimorovníkové oblasti Tichomoří nejméně do r. 1993. T toho všeho je zřejmé, že průběžné sledování a předpovídání jevu je velký zájem.

O možnosti a přesnosti určení změn topografie oceánů rozhoduje přesnost, s jakou umíme určit dráhu družice nesoucí altimetr, a to v radiálním (vertikálním) směru. Radiální chyba je dnes s využitím nejpřesnějších modelů gravitačního pole Země pro nižší dráhy družic ERS-1 a 2 (výška letu kolem 800 km nad povrchem Země) ± 10 až 20 cm a pro TOPEX/Poseidon (výška 1 300 km) ± 5 cm. Pak lze spolehlivě studovat průběh geoidu (typické zvlnění desítky metrů(, poté i odchylky střední mořské hladiny od geoidu, tj. topografii moří (typicky decimetry) a konečně různé anomálie, jako je El Niño. Jeho typická amplituda (maximální výchylka) je 5-10 cm, trvání měsíce až roky (s postupným přemisťováním anomálie v zeměpisné šířce a délce) a plošný rozsah takový, že soudobá altimetrie je schopna ho bezpečně rozlišit.

Zcela logicky byla družicová altimetrie z oběžné dráhy kolem Země využita nejprve k zpřesnění tvaru geoidu (kolem r. 1978). Jeden z nejlepších současných výsledků je na obr. obrázek. Je pro průběh plochy geoidu, odpovídající modelu gravitačního (tíhového) pole Země JGM 2, který byl vyhotoven s použitím (mj.) veškerých dostupných altimetrických informací. Přesnost této plochy je díky altimetrii ± 0,2 až 0,3 m nad většinou oceánů, kdežto nad kontinenty (kde altimetrie "nefunguje", takže zbývají dráhová dynamika družic a pozemská data jako např. tíhové anomálie) stále jen asi ± 1 m.

Odchylka střední hladiny moře od geoidu je způsobena převážně oceánskými proudy, různou slaností vody ak. Amplituda je decimetry až asi 1,5 m (např. Golfský proud). "Vnější projev" El Niňa není vlastně nic jiného než nesezónní anomálie ve vzdálenosti střední hladiny moře od geoidu. Jen je třeba mít souvislou a přesnou sérii měření (a výsledky dát k dispozici téměř v reálném čase). Průběh střední odchylky za rok měření (1992-1993) z T/P je na obr. obrázek. Její rozsah je asi 2 metry, maximum (červeně) u Filipín a minimum (modře) u Antarktidy. Současně jsou zaznamenány hlavní, téměř stabilní oceánské proudy (geostrofické proudy), odvozené ze zmíněné odchylky. Jasně vidíme Golfský proud, Antarktický cirkumpolární proud as proud Kuroshio (jižně a východně od Japonska).

Obrázky obrázek, obrázek zachycují vývoj anomální odchylky mořské hladiny od podzimu 1992 do jara r. 1996 (většinou s krokem 3 měsíců). Vidíme mezi roční změny po eliminaci sezónních variací vzdálenosti mořské hladiny od geoidu, vztažené k průměru za období leden 1993 až leden 1996. Jednotlivá fáze El Niňa začne oslabením pasátů (vanoucích od Jižní Ameriky k Indonésii). V důsledku toho se velké množství teplé vody (tzv. Kelvinova "povrchová" vlna, projevující se na mapkách jako zvýšení odchylek) dá na postup podél rovníku přes Tichý oceán na východ k Jižní Americe. To vidíme např. v druhé polovině r. 1994. Formace se začala vytvářet už koncem r. 1993, zmohutněla (převýšení 10 - 15 cm vůči okolí v létě 1994), a přesunula se k jihoamerickému pobřeží (do prosince 1994). V porovnání s r. 1992 - 1993 je jev z druhé části roku 1994 silnější a trvalejší. Důležité je, že dříve než v Peru a Chile zaznamenají "vánoční" projevy Jezulátka, my už o "cestě" jeho "přípravné fáze! přes Pacifik víme.

Až se dále zvýší přesnost altimetrických a geodetických měření, budeme moci rozhodnout, zda opravdu dochází ke globálnímu oteplování. Za posledních 150 let se zvyšuje střední povrchová teplota vzduchu (asi o 0,5 °C za 100 let). Trend patrně bude v 21. století pokračovat: očekává se nárůst teploty o 0,5 – 2 °C někdy v letech 1990 - 2050. Jako nejpravděpodobnější odhad zvýšení teploty v r. 2050 vůči předindustriální éře se uvádí 2,5 °C5). V důsledku zvýšené teploty bude i více srážek a jejich geografické rozložení se může změnit, budou rychleji tát polární i kontinentální ledovce, hladina moří globálně poroste (i když co platí globálně, nemusí být pravda místně nebo oblastně). Celkový trend "nahřívání" bude jiný tam, kde povrchové vody v oceánu klesají do hloubky a kde z hloubek proudí chladná voda k povrchu. Velké vulkanické erupce mohou celkový trend načas zabrzdit. Družicovými metodami můžeme odhalit několikacentimerovou změnu za deset let Měření.

Globální oteplování od poslední doby ledové zvýšilo střední hladinu oceánu o 100 metrů a tento trend zřejmě pokračuje. Vědci h mají za úkol "změřit", politici musí už nyní reagovat, jako kdyby nebezpečí bylo prokazatelné: polovina lidstva žije při pobřeží a do vzdálenosti asi 50 km od něj...,Doufejme, že opice, která sebe sama nadutě nazývá Homo sapiens a je pověstná tím, že co přijde, to zničí, zatím nemá dost síly na to, aby narušila cirkulaci mezi atmosférou a oceány. Tím by mohla vyhynout dřív, než přijde k rozumu.

Literatura

1) Bjerknes j.: Atmospheric teleconnection from the equatorial Pacifik, Mon. Weather. rev. 97, 163, 1979
2) Diaz F. H.,Markgraf V. [eds.]: El Ninňo, Cambrigde Univ. Press 1992
3) Jacobs G.A. et.al.: Dacede-scale trans-Pacific Propagation andWarming Effects ao an El Niňo Anomady, Nature 370, 360, 1994
4) Klokočník J et al, 1994, Satellite altimetry and its use in geoscience, ed. VÚGTK 40, číslo 12, 157 stran
5) Forum on Global Change Modeling, USGCRP 95-02, report of SubComm. on Global Research, [ed.] E. Barron, Waschington, D.c., 1995

Princip družicové altimetrie,


tj. měření výšky letu družice nad hladinou oceánu radiolokačním výškoměrem orientovaným "kolmo dolů" k hladině, je zřejmý z obrázku Obrázek. Altimetr vyšle kratičký signál k nadiru, signál se odrazí od mořské hladiny a vrátí zpět na palubu. Z tranzitního času (jak dlouho letěl signál z paluby dolů a zpět na družici) se určí "hrubá" výška, ta po řadě korekcí (přístrojových, ze šíření signálu atmosférou a podle stavu hladiny, od níž se signál odráží) dá korigovanou "skutečnou" výšku. Vtip dalšího matematického zpracování naměřených dat spočívá v oddělení z celkové vzdálenosti družice od středu Země těch částí, které představuje vzdálenost povrchu referenčního elipsoidu (jednoduché plochy nahrazující tvar skutečné Země), rozdíl mezi referenčním elipsoidem a geoidem (tj. plochy konstantního tíhového potenciálu) a slapové vlivy (přitažlivost Měsíce aSlunce, jak se projevuje na mořské hladině jako příliv a odliv). To co zbude, se ještě rozdělí na trvalou a proměnnou složku topografie mořské hladiny.

Pro představu přesnosti: poloměr Země je řádově milion metrů, rozdíl mezi referenčním elipsoidem a geoidem je desítky metrů (max. 110 m). Amplituda topografie a slapů bývá decimetry (nanejvýš 1 - 2 m). Od druhé altimetrické družice GEOS 3 (1975), která jako první měla praktické geodetické použití (tj. určení rozdílu geoidu od referenčního elipsoidu s řádově metrovou chybou), jsme se přes družice SEASAT (1978) a GEOSAT (1985 - 1990) dostali až k dnešním altimetrickým družicím ERS - 1 a 2 a TOPEX/Poseidon, které mají altimetry měřící s reálnou vnější přesností několika centimetrů.

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Klimatologie

O autorovi

Jaroslav Klokočník

Prof. Ing. Jaroslav Klokočník, DrSc., (*1948) vystudoval geodézii na ČVUT v Praze. V Astronomickém ústavu AV ČR, v. v. i., v Ondřejově se zabývá dráhovou dynamikou umělých družic Země, družicovou altimetrií a gradientometrií. Od r. 2009 je profesorem na katedře vyšší geodézie Stavební fakulty ČVUT. Přednáší družicovou altimetrii na FSv ČVUT v Praze. (http://www.asu.cas.cz/~jklokocn; e--mail: jklokocn@asu.cas.cz)

Doporučujeme

Návrat Široka

Návrat Široka

Pavel Pipek  |  9. 2. 2018
Zpráva, která na mě právě vyskočila na Twitteru, by asi většinu Evropanů nechala chladnou, ale mé srdce buší tak, že mám chuť okamžitě vyskočit z...
Rytíř našich vod

Rytíř našich vod

Marek Janáč  |  5. 2. 2018
Na stěně ve své kanceláři má vystavené krunýře velkých raků. Za jeho pracovní židlí v akváriu rak. V knihovně knihy o racích a v laboratoři ve...
O kvantových počítačích a šifře RSA

O kvantových počítačích a šifře RSA uzamčeno

Jiří Poš  |  5. 2. 2018
značným příslibem pro výpočetní systémy budoucnosti je rozvíjející se obor kvantových počítačů. Představují naději, že eliminují některá vážná...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné