En fullständig syn på vattnets atmosfäriska kretslopp
Att liv på vår planet är helt beroende av vatten är känt. Mer sällan nämns att liv utanför haven därmed inte skulle existera utan ett atmosfäriskt kretslopp som hela tiden omfördelar vatten.
Detta kretslopp börjar med att en vattenmolekyl avdunstar från jordens yta och börjar virvla runt i atmosfären. Vattenmolekylen kommer efter ett tag att bli del av en droppe eller iskristall i ett moln. De flesta moln avdunstar och molekylen går tillbaka till gasform. Men till sist kommer molekylen att bli del av ett moln som skapar nederbörd, och den förs ner till marknivån som del av regn eller snö.
Det tar i medeltal tio dagar för en vattenmolekyl att genomföra en resa genom atmosfären. Redan små förändringar i flödet av vatten genom atmosfären är av stor vikt, för både oss och naturen kring oss.
Den torra sommaren 2018 med många skogsbränder visade hur beroende vi är av ett relativt konstant flöde av regn. Dock är alltför kraftigt regn inte önskvärt, då det orsakar skador och översvämningar. Globalt orsakar skyfall stora kostnader och även dödsfall.
Till detta kan läggas att torka och skyfall med stor sannolikhet kommer att bli vanligare i framtiden. Den globala uppvärmningen förändrar vattnets atmosfäriska kretslopp på sådant sätt att torra områden tenderar att bli torrare och blöta områden kommer att få allt mer regn. Och rent generellt förväntas mer regn komma i form av skyfall.
Det finns således ett behov av att följa hur vattnet rör sig i atmosfären. Eftersom vatten kan röra sig långa sträckor behövs globala mätningar från satelliter.
Det finns många sorters satellitinstrument, men långt ifrån alla är lämpliga för att mäta vatten. Som gas är vatten osynligt för oss människor. Med våra ögon kan vi enbart se vatten i atmosfären när det formar moln, regn eller snö. Moln påverkar synligt ljus så mycket att vi inte kan se vad som finns på andra sidan. Samma begränsningar gäller sensorer som använder synligt ljus.
Lyckligtvis börjar en lösning komma på plats. Genom att kombinera mätningar från olika delar av mikrovågsområdet kan vi samtidigt observera vatten i gasform, i moln och som nederbörd. Allt detta även under molntäcken.
En sista del i detta observationssystem kommer på plats 2026 med uppskjutningen av ICI (Ice Cloud Imager), som arbetar vid mycket höga mikrovågsfrekvenser och på det sättet lägger till känslighet för moln som består av iskristaller. ICI kommer att sitta bredvid MWI (MicroWave Imager), och denna kombination kommer för första gången att ge oss vad som kan anses vara en fullständig täckning av vatten i atmosfären.
I dagsläget kommer de bästa uppskattningarna av nederbörd och vattenånga från olika system och är därmed inte nödvändigtvis konsistenta.
Det övergripande målet med detta projekt är att ta fram data som är heltäckande och enhetliga genom att ta tillvara vad MWI och ICI tillsammans erbjuder. Tack vare pågående projekt kring ICI kan vi även hantera ismoln, vilket tidigare har varit en blind fläck i mätningarna.
De officiella planerna kring MWI och ICI inkluderar enbart separata produkter från de två instrumenten. Jämfört med existerande planer kommer vi även att utnyttja fler detaljer i mätningarna med hjälp av maskininlärning och på så sätt mer detaljerat beskriva hur vatten varierar i sid- och höjdled.
Den stora utmaningen i projektet är att korrekt simulera markens inverkan. Detta är relativt enkelt över hav, men en utmaning över land och havsis.
En dominerande del av utvecklingen kommer att ske på ett generellt sätt och vara tillämpbar på alla andra mikrovågsinstrument. Projektet ger även en grund för att bättre kunna dra nytta av alla de möjligheter som utvecklingen inom AI kommer att erbjuda.