stringtranslate.com

Космические измерения углекислого газа

Художественная концепция OCO-2 , второго успешного спутника для наблюдения за CO 2 с высокой точностью (более 0,3%) .

Измерения содержания углекислого газа (CO 2 ) с помощью космических средств помогают ответить на вопросы об углеродном цикле Земли . Существует множество действующих и планируемых приборов для измерения углекислого газа в атмосфере Земли из космоса. Первой спутниковой миссией, предназначенной для измерения CO 2, был интерферометрический монитор парниковых газов (IMG) на борту спутника ADEOS I в 1996 году. Эта миссия длилась менее года. С тех пор начались дополнительные измерения из космоса, в том числе с двух высокоточных (лучше 0,3% или 1 ppm) спутников ( GOSAT и OCO-2 ). Различные конструкции приборов могут отражать разные основные задачи.

Цели и основные выводы

В науке о углеродном цикле существуют нерешенные вопросы , на которые могут помочь ответить спутниковые наблюдения. Система Земли поглощает около половины всех антропогенных выбросов CO2 . [1] Однако неясно, как именно это потребление распределяется по различным регионам земного шара. Также неясно, как будут вести себя разные регионы с точки зрения потока CO 2 в условиях разного климата. Например, лес может увеличить поглощение CO 2 из-за удобрений или β-эффекта [2] или может выделять CO 2 из-за усиления метаболизма микробов при более высоких температурах. [3] На эти вопросы сложно ответить, имея исторически ограниченные в пространстве и времени наборы данных.

Несмотря на то, что спутниковые наблюдения за CO 2 появились сравнительно недавно, они использовались для ряда различных целей, некоторые из которых выделены здесь:

Проблемы

Дистанционное зондирование газовых примесей сопряжено с рядом проблем. Большинство методов основано на наблюдении инфракрасного света, отраженного от поверхности Земли. Поскольку эти инструменты используют спектроскопию , при каждом зондировании записывается спектр — это означает, что необходимо передать значительно (примерно в 1000 раз) больше данных, чем потребовалось бы для простого пикселя RGB . Изменения альбедо поверхности и углов обзора могут повлиять на измерения, и спутники могут использовать разные режимы наблюдения в разных местах; это можно учесть в алгоритмах, используемых для преобразования необработанных данных в окончательные измерения. Как и в случае с другими космическими инструментами, во избежание повреждений необходимо избегать космического мусора . [ нужна цитата ]

Водяной пар может разбавлять другие газы в воздухе и, таким образом, изменять количество CO 2 в столбе над поверхностью Земли, поэтому вместо этого часто приводятся средние по столбцу мольные доли сухого воздуха (X CO 2 ). Чтобы рассчитать это, приборы могут также измерять O 2 , который разбавлен так же, как и другие газы, или алгоритмы могут учитывать воду и поверхностное давление на основе других измерений. [18] Облака могут мешать точным измерениям, поэтому платформы могут включать в себя инструменты для измерения облаков. Из-за несовершенства измерений и ошибок в подборе сигналов для получения X CO 2 космические наблюдения также можно сравнивать с наземными наблюдениями, такими как наблюдения TCCON . [19]

Список инструментов

Частичные измерения колонки

В дополнение к измерениям общего содержания CO 2 в столбе до земли, было несколько эхолотов, которые измеряли CO 2 через границу верхних слоев атмосферы Земли, а также тепловые инструменты, которые измеряли верхние слои атмосферы в течение дня и ночи.

Концептуальные миссии

Были и другие концептуальные миссии, которые прошли первоначальную оценку, но не были выбраны для включения в космические системы наблюдения. К ним относятся:

Рекомендации

  1. ^ Шимель, Дэвид (ноябрь 2007 г.). «Загадки углеродного цикла». Труды Национальной академии наук . 104 (47): 18353–18354. Бибкод : 2007PNAS..10418353S. дои : 10.1073/pnas.0709331104 . ПМК  2141782 . ПМИД  17998533.
  2. ^ Шимель, Дэвид; Стивенс, Бриттон Б.; Фишер, Джошуа Б. (январь 2015 г.). «Влияние увеличения выбросов CO2 на земной углеродный цикл». Труды Национальной академии наук . 112 (2): 436–441. Бибкод : 2015PNAS..112..436S. дои : 10.1073/pnas.1407302112 . ПМЦ 4299228 . ПМИД  25548156. 
  3. ^ Кокс, Питер М.; Пирсон, Дэвид; Бут, Бен Б.; и другие. (Февраль 2013). «Чувствительность тропического углерода к изменению климата ограничивается изменчивостью углекислого газа» (PDF) . Природа . 494 (7437): 341–344. Бибкод : 2013Natur.494..341C. дои : 10.1038/nature11882. PMID  23389447. S2CID  205232639.
  4. ^ Корт, Эрик А.; Франкенберг, Кристиан; Миллер, Чарльз Э.; и другие. (сентябрь 2012 г.). «Космические наблюдения за углекислым газом мегаполисов» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 39 (17). Л17806. Бибкод : 2012GeoRL..3917806K. дои : 10.1029/2012GL052738 .
  5. ^ Хаммерлинг, Дорит М.; Мичалак, Анна М.; О'Делл, Кристофер; и другие. (апрель 2012 г.). «Глобальное распределение CO 2 по суше со спутника наблюдения за парниковыми газами (GOSAT)». Письма о геофизических исследованиях . 39 (8): L08804. Бибкод : 2012GeoRL..39.8804H. дои : 10.1029/2012GL051203. hdl : 2060/20120011809 . S2CID  89616306.
  6. ^ Хаккарайнен, Дж.; Ялонго, И.; Тамминен, Дж. (ноябрь 2016 г.). «Прямые космические наблюдения за зонами антропогенных выбросов CO2 с ОСО-2». Письма о геофизических исследованиях . 43 (21): 11, 400–11, 406. Бибкод : 2016GeoRL..4311400H. дои : 10.1002/2016GL070885 .
  7. ^ Басу, С.; Герле, С.; Бутц, А.; и другие. (Сентябрь 2013). «Глобальные потоки CO2, оцененные на основе данных GOSAT по общему количеству CO2 в столбе». Химия и физика атмосферы . 13 (17): 8695–8717. Бибкод : 2013ACP....13.8695B. дои : 10.5194/acp-13-8695-2013 .
  8. ^ Дэн, Ф.; Джонс, DBA; Хенце, Дания; и другие. (апрель 2014 г.). «Выводы о региональных источниках и поглотителях атмосферного CO2 на основе данных GOSAT XCO2». Химия и физика атмосферы . 14 (7): 3703–3727. Бибкод : 2014ACP....14.3703D. дои : 10.5194/acp-14-3703-2014 .
  9. ^ Вунч, Д.; Веннберг, ПО; Мессершмидт Дж.; и другие. (Сентябрь 2013). «Ковариация летнего CO2 в северном полушарии с приземной температурой в бореальных регионах». Химия и физика атмосферы . 13 (18): 9447–9459. Бибкод : 2013ACP....13.9447W. дои : 10.5194/acp-13-9447-2013 .
  10. ^ Кеппель-Алекс, Г.; Веннберг, ПО; О'Делл, CW; и другие. (Апрель 2013). «К ограничению выбросов ископаемого топлива из общего количества углекислого газа в столбе». Химия и физика атмосферы . 13 (8): 4349–4357. Бибкод : 2013ACP....13.4349K. дои : 10.5194/acp-13-4349-2013 .
  11. ^ Росс, Адриан Н.; Вустер, Мартин Дж.; Боеш, Хартмут; и другие. (Август 2013). «Первые спутниковые измерения коэффициентов выбросов углекислого газа и метана в шлейфах лесных пожаров». Письма о геофизических исследованиях . 40 (15): 4098–4102. Бибкод : 2013GeoRL..40.4098R. дои : 10.1002/grl.50733. hdl : 2381/38907. S2CID  53691370.
  12. ^ Сильва, Сэм Дж.; Арельяно, Авелино Ф.; Уорден, Хелен М. (сентябрь 2013 г.). «К ограничению антропогенных выбросов при сжигании на основе космического анализа чувствительности городских городов к CO2/CO». Письма о геофизических исследованиях . 40 (18): 4971–4976. Бибкод : 2013GeoRL..40.4971S. дои : 10.1002/grl.50954 .
  13. ^ Хейманн, Дж.; и другие. (февраль 2017 г.). «Выбросы CO 2 от индонезийских пожаров в 2015 году оценены на основе спутниковых данных о концентрации CO 2 в атмосфере ». Письма о геофизических исследованиях . 44 (3): 1537. Бибкод : 2017GeoRL..44.1537H. дои : 10.1002/2016GL072042. S2CID  132149226.
  14. ^ Патра, Прабир Кумар; и другие. (14 декабря 2016 г.). Орбитальная углеродная обсерватория (ОСО-2) отслеживает увеличение выбросов углерода в атмосферу во время Эль-Ниньо 2014–2016 годов. Осеннее собрание AGU 2016. 12–16 декабря 2016 г. Сан-Франциско, Калифорния.
  15. ^ Лю, Цзюньцзе; и другие. (октябрь 2017 г.). «Сравнение реакции углеродного цикла тропических континентов с Эль-Ниньо 2015–2016 годов». Наука . 358 (6360). eaam5690. дои : 10.1126/science.aam5690 . ПМИД  29026011.
  16. ^ Боуман, KW; и другие. (октябрь 2017 г.). «Глобальный и бразильский углеродный ответ на Эль-Ниньо Модоки 2011-2010». Наука о Земле и космосе . 4 (10): 637–660. arXiv : 1703.03778 . Бибкод : 2017E&SS....4..637B. дои : 10.1002/2016ea000204. S2CID  119375779.
  17. ^ Нассар, Р.; и другие. (октябрь 2017 г.). «Количественная оценка выбросов CO2 от отдельных электростанций из космоса». Письма о геофизических исследованиях . 44 (19). Бибкод : 2017GeoRL..4410045N. дои : 10.1002/2017GL074702 .
  18. ^ Вунч, Д.; Тун, GC; Блавье, Ж.-Флорида; и другие. (май 2011 г.). «Сеть наблюдений за общим количеством углерода». Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 369 (1943): 2087–2112. Бибкод : 2011RSPTA.369.2087W. дои : 10.1098/rsta.2010.0240 . ПМИД  21502178.
  19. ^ Бутц, А.; Герле, С.; Хасекамп, О.; и другие. (июль 2011 г.). «На пути к точным наблюдениям за CO2 и CH4 со спутника GOSAT». Письма о геофизических исследованиях . 38 (14). Л14812. Бибкод : 2011GeoRL..3814812B. дои : 10.1029/2011GL047888 .
  20. ^ Шедин, А.; Серрар, С.; Скотт, Северная Каролина; и другие. (сентябрь 2003 г.). «Первое глобальное измерение CO2 в средней тропосфере с полярных спутников NOAA: Тропическая зона». Журнал геофизических исследований . 108 (D18): 4581. Бибкод : 2003JGRD..108.4581C. дои : 10.1029/2003JD003439 .
  21. ^ Кобаяши, Хирокадзу; Симота, Акиро; Кондо, Кайоко; и другие. (ноябрь 1999 г.). «Разработка и оценка интерферометрического монитора парниковых газов: высокопроизводительного инфракрасного радиометра с преобразованием Фурье для наблюдения за Землей в надире». Прикладная оптика . 38 (33): 6801–6807. Бибкод : 1999ApOpt..38.6801K. дои : 10.1364/AO.38.006801. ПМИД  18324219.
  22. ^ "Продукты данных SCIAMACHY в IUP/IFE Бремен" . ИУП Бремен . Проверено 28 января 2017 г.
  23. ^ Бухвиц, М.; де Бек, Р.; Берроуз, JP; и другие. (март 2005 г.). «Атмосферный метан и углекислый газ по данным спутника SCIAMACHY: первоначальное сравнение с моделями химии и транспорта». Химия и физика атмосферы . 5 (4): 941–962. Бибкод : 2005ACP.....5..941B. дои : 10.5194/acp-5-941-2005 .
  24. ^ «Документы по CO2». Документация AIRS версии 5 . НАСА/Центр космических полетов Годдарда. 19 ноября 2015 года . Проверено 11 февраля 2017 г. .
  25. ^ Олсен, Эдвард Т.; Шахин, Мустафа Т.; Чен, Люк Л.; и другие. (апрель 2008 г.). Шен, Сильвия С; Льюис, Пол Э. (ред.). «Извлечение содержания CO2 в средней тропосфере непосредственно из измерений AIRS». Труды SPIE . Алгоритмы и технологии мультиспектральной, гиперспектральной и ультраспектральной съемки XIV. 6966 . 696613. Бибкод : 2008SPIE.6966E..13O. дои : 10.1117/12.777920. S2CID  53542643.
  26. ^ Шахин, Монтана; Чен, Люк; Димотакис, Пол; и другие. (сентябрь 2008 г.). «Спутниковое дистанционное зондирование CO2 средней тропосферы». Письма о геофизических исследованиях . 35 (17). Л17807. Бибкод : 2008GeoRL..3517807C. дои : 10.1029/2008GL035022 .
  27. ^ "Продукты для зондирования IASI" . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 22 октября 2017 г.
  28. ^ Люция, Г.; Масиеллоа, Г.; Сериоа, К.; и другие. (октябрь 2016 г.). «Физическая инверсия полных спектров IASI: оценка восстановления параметров атмосферы, согласованность спектроскопии и дальнейшее моделирование». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 182 : 128–157. Бибкод : 2016JQSRT.182..128L. дои : 10.1016/j.jqsrt.2016.05.022 .
  29. ^ «Служба архивирования данных GOSAT (GDAS)» . Национальный институт экологических исследований . Проверено 28 января 2017 г.
  30. ^ Кузе, Акихико; Суто, Хироши; Накадзима, Масакацу; и другие. (декабрь 2009 г.). «Тепловой и ближний инфракрасный датчик для наблюдения за углеродом. Фурье-спектрометр на спутнике наблюдения парниковых газов для мониторинга парниковых газов». Прикладная оптика . 48 (35). 6716. Бибкод : 2009ApOpt..48.6716K. дои : 10.1364/AO.48.006716. ПМИД  20011012.
  31. ^ Кузе, Акихико; Суто, Хироши; Сиоми, Кей; и другие. (июнь 2016 г.). «Обновленная информация о производительности, эксплуатации и данных GOSAT TANSO-FTS после более чем 6 лет пребывания в космосе». Методы измерения атмосферы . 9 (6): 2445–2461. Бибкод : 2016AMT.....9.2445K. дои : 10.5194/amt-9-2445-2016 .
  32. ^ Обзор результатов расследования происшествий Орбитальной углеродной обсерватории (OCO) для публичного опубликования (PDF) (Отчет). НАСА . Проверено 5 ноября 2018 г.
  33. ^ «Виртуальная среда научных данных CO2» . НАСА/Лаборатория реактивного движения . Проверено 11 февраля 2017 г. .
  34. ^ Элдеринг, Аннмари; О'Делл, Крис В.; Веннберг, Пол О.; и другие. (февраль 2017 г.). «Орбитальная углеродная обсерватория-2: первые 18 месяцев научных данных». Обсуждение методов измерения атмосферы . 10 (2): 549–563. Бибкод : 2017AMT....10..549E. дои : 10.5194/amt-10-549-2017 .
  35. ^ «Глобальный мониторинг выбросов парниковых газов» . ПГСат . Проверено 11 февраля 2017 г. .
  36. ^ "Центр спутниковых данных ФЭНЮНЬ" . Национальный спутниковый метеорологический центр . Проверено 27 октября 2017 г.
  37. ^ Лю, Йи; Ян, Дунсюй; Цай, Чжаонань (май 2013 г.). «Алгоритм поиска данных наблюдения TanSat XCO2: эксперименты по поиску данных с использованием данных GOSAT». Китайский научный бюллетень . 58 (13): 1520–1523. Бибкод :2013ЧСБу..58.1520Л. дои : 10.1007/s11434-013-5680-y . S2CID  55268547.
  38. ↑ Лю, Цзя (22 декабря 2016 г.). «Китай запускает спутник для мониторинга глобальных выбросов углерода». Китайская академия наук. Синьхуа . Проверено 11 февраля 2017 г. .
  39. ↑ Кларк, Стивен (14 ноября 2017 г.). «Китайский метеорологический спутник запущен на полярную орбиту». Космический полет сейчас . Проверено 11 мая 2018 г.
  40. ^ "Спутник: FY-3D" . Инструмент анализа и обзора возможностей систем наблюдений ВМО . Проверено 22 октября 2017 г.
  41. ^ «Китай успешно запустил полярно-орбитальный метеорологический спутник FY-3D» . Китайское метеорологическое управление . Проверено 16 ноября 2017 г.
  42. ↑ Барбоса, Руи (8 мая 2018 г.). «Китайский метеорологический спутник запущен на полярную орбиту». NASAspaceflight.com . Проверено 11 мая 2018 г.
  43. ^ Чен, Лянфу (2016). Обзор миссии GaoFen-5 (PDF) . Встреча CEOS-ACC-12. 13–15 октября 2016 г. Сеул, Корея.
  44. ^ Лю, Йи (2017). Мониторинг CO2 из космоса: статус миссии TanSat и GF-5/GMI (PDF) . 9-й Азиатско-Тихоокеанский симпозиум ГЕОСС. 11–13 января 2017. Токио, Япония.
  45. ^ «Результаты запуска H-IIA F40, инкапсулирующего GOSAT-2 и KhalifaSat» . Японское агентство аэрокосмических исследований. 29 октября 2018 года . Проверено 5 ноября 2018 г.
  46. ^ "Архив продукции GOSAT-2" . Национальный институт экологических исследований . Проверено 25 мая 2020 г.
  47. ^ Мацунага, Т.; Максютов С.; Морино, И.; и другие. (2016). Статус проекта NIES GOSAT-2 и Центра спутниковых наблюдений NIES (PDF) . 12-й международный семинар по измерению парниковых газов из космоса. 7–9 июня 2016. Киото, Япония.
  48. ↑ Поттер, Шон (4 мая 2019 г.). «SpaceX Dragon направляется на космическую станцию ​​с наукой НАСА и грузом». НАСА.gov . НАСА . Проверено 4 августа 2019 г.
  49. ^ "Поиск дисков GES, ОСО-3" . НАСА . Проверено 25 мая 2020 г.
  50. ^ Элдеринг, Аннмари; Уорден, Джон (октябрь 2016 г.). OCO-3 Наука и статус для CEOS (PDF) (Отчет). Комитет по спутникам наблюдения Земли.
  51. ^ Бюиссон, Франсуа; Прадин, Дидье; Паскаль, Вероника; и другие. (9 июня 2016 г.). Введение в MicroCarb, первую европейскую программу мониторинга CO2 (PDF) . 12-й международный семинар по измерениям парниковых газов из космоса, 7–9 июня 2016 г., Киото, Япония.
  52. ^ Полонский, И.Н.; О'Брайен, DM; Кумер, Дж.Б.; и другие. (апрель 2014 г.). «Выполнение геостационарной миссии geoCARB для измерения средних концентраций CO2, CH4 и CO по столбцам». Методы измерения атмосферы . 7 (4): 959–981. Бибкод : 2014AMT.....7..959P. дои : 10.5194/amt-7-959-2014 .
  53. ↑ Мур, Берриен III (8 июня 2017 г.). GeoCARB, Геостационарная углеродная обсерватория (PDF) . 13-й международный семинар по измерениям парниковых газов из космоса. 6–8 июня 2017. Хельсинки, Финляндия.
  54. ^ «SABER: пионер в области науки об атмосфере» . Исследовательский центр НАСА в Лэнгли. 2001 . Проверено 28 августа 2019 г.
  55. ^ «ACE: Эксперимент по химии атмосферы» . Университет Ватерлоо . Проверено 28 августа 2019 г.
  56. ^ "Солнечное затмение для эксперимента со льдом" . ГАТС, Инк. 2010 г. Проверено 28 августа 2019 г.
  57. ^ Ван, Дж.С.; Кава, СР; Элушкевич Дж.; и другие. (декабрь 2014 г.). «Эксперимент по моделированию региональной системы наблюдения за CO2 для спутниковой миссии ASCENDS». Химия и физика атмосферы . 14 (23): 12897–12914. Бибкод : 2014ACP....1412897W. дои : 10.5194/acp-14-12897-2014 .
  58. ^ Ки, Ричард; Сандер, Стэнли; Элдеринг, Аннмари; и другие. (2012). Геостационарный спектрометр с преобразованием Фурье . Аэрокосмическая конференция IEEE 2012. 3–10 марта 2012 г. Биг Скай, Монтана. дои : 10.1109/AERO.2012.6187164.
  59. ^ "AIM-North Миссия по визуализации атмосферы для северных регионов" . AIM-North.ca . Проверено 11 мая 2018 г.
  60. ^ Нассар, Р.; МакЛинден, К.; Сиорис, К.; и другие. (2019). «Миссия по съемке атмосферы для северных регионов: AIM-North». Канадский журнал дистанционного зондирования . 45 (3–4): 781–811. Бибкод : 2019CaJRS..45..423N. дои : 10.1080/07038992.2019.1643707 .
  61. ^ Бовенсманн, Х.; Бухвиц, М.; Берроуз, JP; Рейтер, М.; Крингс, Т.; Гериловский, К.; Шнайзинг, О.; Хейманн, Дж.; Третнер, А.; Эрзингер, Дж. (2010). «Техника дистанционного зондирования для глобального мониторинга выбросов CO2 на электростанциях из космоса и связанных с ними приложений». Методы измерения атмосферы . 3 (4): 423–442. Бибкод : 2010AMT.....3..781B. дои : 10.5194/amt-3-781-2010 . ISSN  1867-8548.