GPS-satellitterne er ved at blive en aktiv spiller i klimaforskningen. (Illustration: Colourbox).

GPS-satellitter blev oprindeligt sat i verden for at kunne måle, hvor på kloden f.eks. en mobiltelefon eller en bil befinder sig på et givet tidspunkt. Den anvendelse er meget jordnær. Men nu viser det sig, at GPS-satellitterne også kan løse betydeligt mere højtflyvende opgaver.

Klimaforskere har nemlig fundet ud af, at GPS-satellitterne er særdeles effektive til at tegne et globalt billede af atmosfæren helt nede fra Jordens overflade og op til ca. 25 kilometers højde.

Metoden kom på bordet for knapt et årti siden og er siden blevet afprøvet i en række projekter, og resultater fra studierne er netop blevet præsenteret på en stor international klimakonference om vejr og klima, der afholdes af den europæiske satellitorganisation EUMETSAT i Oslo.

Dansk forsker har store forventninger

Én af de konferencedeltagere, der følger feltet nøje, er den danske fysiker Kent Bækgaard Lauritsen fra Danmarks Meteorologiske Institut DMI. Han arbejder til dagligt med at udvikle nye værktøjer, der kan analysere satellitternes klimadata.

»Vores målinger spænder foreløbigt kun over ti år, så vi kan ikke sige noget endegyldigt endnu, men der er store forhåbninger til GPS-metoden. Vi kan allerede nu se, at metoden virker, og at den giver os ny viden om atmosfæren, så den her teknologi vil uden tvivl vinde indpas flere og flere steder,« siger seniorforsker Kent Bækgaard Lauritsen.

Atmosfæren afbøjer satellitternes stråler

Den nye metode udnytter, at GPS-satellitterne kommunikerer med objekter på Jorden ved at sende signaler i form af radiobølger ned til dem. Signalet slipper ikke helt uskadt gennem atmosfæren, men bliver afbøjet en smule afhængig af luftens tæthed, fugtighed og temperatur. Afbøjningen kan altså opfattes som atmosfærens fingeraftryk på GPS-signalet.

»Signalets afbøjning på et givet sted i atmosfæren sladrer om, hvor tæt, fugtig og varm atmosfæren er i netop dette atmosfærelag. Idéen er så at måle afbøjningen hele vejen op gennem luftlagene, så man får et meget præcist billede af atmosfærens tilstand,« siger Kent Bækgaard Lauritsen.

Hidtil har man bla. kortlagt atmosfæren ved hjælp af vejrballoner, som man har sendt op gennem de mange atmosfærelag fra Jordens overflade. Undervejs har de så målt temperatur, tæthed og fugtighed.

»Vejrballonerne kan give et indblik i, hvordan atmosfæren er opbygget helt lokalt, og det vel at mærke kun over land. Fordelen ved den nye metode er, at satellitterne dækker hele kloden, så man kan tegne et globalt billede af atmosfæren,« siger Kent Bækgaard Lauritsen.

Drivhusgasser ændrer atmosfærens tilstand

En del af GPS-signalet går ikke lodret gennem atmosfæren, men smyger sig uden om Jorden, hvorefter det bevæger sig ud gennem atmosfæren på den anden side af Jorden. Her bliver det afbøjet af fugt og varme, hvorefter det samles op af en anden satellit, hvis præcise position, man kender. (Illu: EUMETSAT/GRASSAF)

Den nye metode har allerede givet forskerne banebrydende ny viden om atmosfæren og dens reaktion på den globale opvarmning.

Man har længe vidst, at atmosfæren bliver koldere op til et bestemt punkt i atmosfæren kaldet tropopausen, hvorefter temperaturen begynder at stige igen. Hvis klimaet ikke ændrede sig, ville tropopausen stort set ligge det samme sted, men resultater fra forskellige målinger, deriblandt GPS-metoden, viser, at troposfæren flytter sig en smule. Og det er et tegn på klimaændringer.

»På grund af den store detaljeringsgrad kan vi nu sige mere præcist, hvor højt oppe tropopausen er. Tropopausen flytter sig op og ned, afhængigt af hvor varmt det er i atmosfæren, og påvirkes dermed af den globale opvarmning fra drivhusgasserne. Så troposfærens højde er dermed et mål for, hvordan atmosfæren har det,« siger Kent Bækgaard Lauritsen.

Metoden giver ekstremt nøjagtige målinger

Forskerne har lavet teoretiske klimamodeller for, hvordan klimaet ændrer sig som følge af de stigende mængder kuldioxid i atmosfæren. Modellerne er guld værd til at kunne forudsige konsekvenserne af den globale opvarmning.

Men for at kunne have tillid til modellerne, skal man vide, at de beskriver virkeligheden korrekt. Det kræver et fuldt overblik over atmosfærens tilstand, og at man overalt har nogle præcise målinger for bla. dens tæthed, fugtighed og temperatur.

»Det er vigtigt at man forstår det fulde billede af atmosfæren. Den globale opvarmning skubber til klimaet på rigtigt mange måder. Ifølge modellerne skal det både medføre, at temperaturen ændrer sig nede ved overfladen, at tropopausen flytter sig og at vindforholdene ændrer sig, og alt dette har vi nu en enestående mulighed for at bidrage med viden om, takket være den nye GPS-metode,« siger Kent Bækgaard Lauritsen og slutter:

»Den nye metode giver os meget nøjagtige målinger. Det har vist sig, at metoden kan måle temperaturen op gennem atmosfæren inden for en nøjagtighed på én grad. Det er virkeligt imponerende,« siger han.

Metoden er blevet brugt af bl.a. CHAMP-satellitten, der dog døde i 2008, fordi satellitten brændte op i atmosfæren. Lige nu høstes der målinger af COSMIC-satellitterne, der har leveret data fra 2006, og som gør det i yderligere i et år. En kommende mission, som forskerne har store forventninger til, er COSMIC 2, som også fik en del omtale på konferencen.