Il livello del mare viene misurato con due metodi principali: le stazioni di marea e altimetri satellitari . 

Come si misura il livello del mare?

Il livello del mare viene misurato con due metodi principali: le stazioni di marea e altimetri satellitari . 

#Cambiamentoclimatico, #livellodelmare

Le stazioni di marea di tutto il mondo misurano le alte e basse maree giornaliere da oltre un secolo, utilizzando una varietà di sensori manuali e automatici. Utilizzando i dati di decine di stazioni in tutto il mondo, gli scienziati possono calcolare una media globale e adattarla alle differenze stagionali.

Dall'inizio degli anni '90, il livello del mare viene misurato dallo spazio utilizzando gli altimetri radar, che determinano l'altezza della superficie del mare misurando la velocità di ritorno e l'intensità di un impulso radar diretto verso l'oceano. Più alto è il livello del mare, più veloce e forte è il segnale di ritorno.

Per stimare quanto l'innalzamento del livello del mare osservato è dovuto all'espansione termica, gli scienziati misurano la temperatura della superficie del mare utilizzando boe ormeggiate e alla deriva, satelliti e campioni d'acqua raccolti dalle navi. Le temperature nella metà superiore dell'oceano sono misurate da una flotta globale di robot acquatici . Le temperature più profonde sono misurate da strumenti abbassati dalle navi di ricerca oceanografica.

Livello del mare osservato

Livello del mare osservato dall'inizio del record dell'altimetro satellitare nel 1993 (linea nera), più stime indipendenti dei diversi contributi all'innalzamento del livello del mare: espansione termica (rosso) e aggiunta di acqua, principalmente a causa dello scioglimento del ghiacciaio (blu). Sommate insieme (linea viola), queste stime separate corrispondono molto bene al livello del mare osservato. Grafico NOAA Climate.gov . Clicca sull'immagine per ingrandire.

Gravimetria satellitare

Gravimetria satellitare

Le misurazioni gravimetriche effettuate con i due satelliti GRACE, insieme al più recente dispiegamento di sensori Argo galleggianti, hanno permesso di osservare in modo completo il livello del mare.

I satelliti GRACE misurano i cambiamenti nella massa d'acqua, incluso lo stoccaggio terrestre sotto forma di acque sotterranee, fiumi, neve e ghiaccio e i cambiamenti di massa all'interno dell'oceano stesso, nonché il movimento dell'acqua tra terra e oceano.

La perdita di ghiaccio vicino ai poli è uno dei cambiamenti più critici che spingono più in alto i livelli del mare, una conclusione supportata da dati di peso e accuratezza crescenti. Il contributo della Groenlandia all'innalzamento globale del livello del mare è il più grande e aumenta ogni decennio. Gli studi suggeriscono che la sua fusione è cresciuta da 0,09 mm/anno tra il 1992 e il 2001, espressa come equivalente mondiale di aumento del livello del mare, a 0,59 mm/anno tra il 2002 e il 2011.

Misura del ghiaccio sciolto

Misure aeree

Negli anni '90, l'altimetria laser degli aerei aveva rivelato che le calotte di ghiaccio si stavano assottigliando abbastanza rapidamente sui margini costieri della Groenlandia.

L'Airborne Topographic Mapper della NASA, sviluppato presso la NASA Wallops Flight Facility, è un altimetro laser a scansione che misura i cambiamenti nell'elevazione della superficie del ghiaccio. Raggiunge questo risultato riflettendo il laser sulla superficie del ghiaccio e misurando il tempo che impiega la luce per tornare all'aereo, in genere volando tra i 1000 e i 2000 piedi dal suolo. Combinando questi dati temporali con informazioni dettagliate sulla posizione e l'atteggiamento del velivolo dai sistemi di navigazione GPS e inerziale, è possibile misurare la topografia con una precisione di soli quattro pollici.

Interferometria radar

Le tecniche di interferometria radar con apertura sintetica satellitare misurano la velocità  di spostamento dei ghiacci, nonché la posizione della linea di messa a terra ossia quella linea che separa i ghiacci dalla roccia.

Paleo-osservazioni

L'antico livello del mare e le sue variazioni nel corso dei secoli possono essere misurati usando gli studi paleontologici. Ad esempio uno studio interessante è stato fatto esaminando le terrazze di corallo che, a causa del sollevamento tettonico, erano state spinte da 20 a 140 metri al di sopra del livello attuale del mare in Papua Nuova Guinea. I ricercatori hanno collegato l'ascesa e la caduta episodica del livello del mare, tra 75.000 e 25.000 anni fa.

Altimetria satellitare

I primi anni '80 videro il primo tentativo di misurare le lastre di ghiaccio usando l'altimetria radar satellitare, con osservazioni limitate della Groenlandia e dell'Antartide. Da allora, tuttavia, la tecnologia dell'altimetria è diventata un importante mezzo per osservare la calotta glaciale e l'equilibrio di massa glaciale, ovvero il registro dei guadagni e delle perdite nella massa glaciale.

Modellazione di ghiaccio

La modellazione della lastra di ghiaccio è fondamentale per qualsiasi proiezione futura dell’innalzamento del livello del mare.

Dilatazione termica

Il riscaldamento della Terra è dovuto principalmente all'accumulo di gas serra che intrappolano il calore e oltre il 90% di questo calore intrappolato viene assorbito dagli oceani

Il volume d'acqua aumenta con la temperatura a causa dell'espansione termica, altro importante fattore dell'aumento del livello del mare. Il tasso stimato di espansione termica, dal 1971 al 2010, è compreso tra 0,4 e 0,8 mm all'anno . 

Le misurazioni della temperatura della superficie del mare, prese da navi, satelliti e sensori di deriva, insieme alle misurazioni sotterranee e alle osservazioni sull'innalzamento globale del livello del mare, portano i ricercatori a concludere che questo riscaldamento dell'oceano superiore nell'arco di quattro decenni è praticamente certo. Un contributo all'innalzamento del livello del mare di circa 0,1 millimetri all'anno mediante riscaldamento delle acque oceaniche profonde, da 700 metri a 2000 metri, è considerato probabile .

Le misurazioni oceaniche sono troppo recenti per consentire un confronto significativo con il passato. Tuttavia, i dati rivelano che i cambiamenti di temperatura influiscono sul volume dell'acqua di mare in funzione della stagione. I movimenti stagionali delle piogge comportano cambiamenti nella massa d'acqua provocando delle fluttuazioni del livello del mare. Questa fluttuazione può raggiungere anche il centimetro.

Galleggianti Argo e osservazioni in situ

Il dispiegamento di sensori galleggianti attraverso gli oceani del mondo, noto come progetto Argo, ha raggiunto una massa critica nel 2007, con circa 3.000 dispositivi messi alla deriva per misurare la temperatura e la salinità dell’oceano. Questi sensori descrivono l'espansione oceanica, l'innalzamento del livello del mare termosterico che è una conseguenza dell'assorbimento del calore oceanico.  

I galleggianti Argo giocano un ruolo fondamentale nei recenti studi sulle tendenze del contenuto di calore oceanico.

Altimetria satellitare

Altimetria satellitare

Dal 1992 NASA, NOAA e partner europei hanno monitorato la topografia della superficie oceanica globale con missioni satellitari di altimetro oceanico congiunte da un'orbita a 1.336 km sopra la superficie dell'oceano. Gli altimetri radar dei veicoli spaziali misurano la distanza precisa tra il satellite e la superficie del mare. Questo disco è iniziato con TOPEX / Poseidon, seguito da Jason-1 e dalla Ocean Topography Mission su Jason-2, e sarà proseguito da Jason-3.

L'altimetria radar dall'orbita ha rivoluzionato le osservazioni globali a livello del mare, catturando le variazioni su gran parte degli oceani del pianeta ogni 10 giorni. Le prime misurazioni sufficientemente precise per tenere traccia dei cambiamenti nel livello medio del mare sono iniziate con il lancio del satellite NASA-CNES TOPEX / Poseidon nel 1992 (CNES è l'agenzia spaziale francese). Il veicolo spaziale era equipaggiato con due altimetri e un radiometro a microonde, corretti per gli effetti del vapore acqueo sulla trasmissione del segnale radar.

TOPEX, la missione di Poseidon si è conclusa nel 2006, ma il lancio di Jason-1 nel 2001 e Jason-2 nel 2008 ha permesso di continuare la misurazione a livello del mare a lungo termine.

La vista orbitale ha permesso di analizzare le variazioni stagionali e annuali, ad esempio è stato visto un significativo aumento del livello medio del mare durante il potente evento El Niño del 1997-98, e un calo del livello del mare nel 2011 associato con La Niña .

Proiezioni empiriche

Le proiezioni dell'innalzamento globale del livello del mare entro il 2100, l'anno in cui i modellatori climatici si concentrano tipicamente, variano ampiamente in base ai metodi di modellizzazione scelti e alle ipotesi: il tasso di aumento delle emissioni di gas serra, ad esempio, e in particolare il modo in cui le lastre di ghiaccio risponderanno all'aria calda e l'acqua dell'oceano. 

Le proiezioni per il secolo a venire si concentrano sui due maggiori contributori: l'espansione termica dell'acqua di mare e lo scioglimento dei ghiacci.

Livello del mare osservato

Livello del mare osservato dagli indicatori di marea (grigio scuro) e dai satelliti (grigio chiaro) dal 1800-2015, con il livello del mare futuro fino al 2100 in sei possibili scenari futuri (linee colorate). Gli scenari differiscono in base ai potenziali tassi futuri di emissioni di gas serra e alle differenze nei tassi plausibili di perdita di ghiacciai e calotte glaciali. Clicca sull'immagine per ingrandire.

 

Jerry Silver, Global Warming And Climate Change Demystified, 2008

Climate Change: Global Sea Level, NOAA

NASA