stringtranslate.com

Космические измерения углекислого газа

Художественное представление OCO-2 , второго успешного спутника для высокоточного (лучше 0,3%) наблюдения за CO2 .

Космические измерения углекислого газа (CO 2 ) используются для ответа на вопросы об углеродном цикле Земли . Существует множество активных 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 космические измерения, в том числе с двух высокоточных (лучше 0,3% или 1 ppm) спутников ( GOSAT и OCO-2 ). Различные конструкции приборов могут отражать различные основные миссии.

Цели и основные моменты выводов

В науке о цикле углерода есть нерешенные вопросы , на которые могут помочь ответить спутниковые наблюдения. Система Земли поглощает около половины всех антропогенных выбросов CO 2 . [1] Однако неясно, как именно это поглощение распределяется по разным регионам по всему миру. Также неясно, как разные регионы будут вести себя с точки зрения потока CO 2 в разных климатических условиях. Например, лес может увеличить поглощение CO 2 из-за удобрения или β-эффекта, [2] или он может выделять CO 2 из-за повышенного метаболизма микробов при более высоких температурах. [3] На эти вопросы трудно ответить с помощью исторически ограниченных в пространстве и времени наборов данных.

Несмотря на то, что спутниковые наблюдения за CO2 начались сравнительно недавно, они использовались для различных целей, некоторые из которых описаны ниже:

Вызовы

Дистанционное зондирование следов газов имеет несколько проблем. Большинство методов основано на наблюдении инфракрасного света, отраженного от поверхности Земли. Поскольку эти приборы используют спектроскопию , в каждом зондирующем следе регистрируется спектр — это означает, что необходимо передать значительно (примерно в 1000 раз) больше данных, чем потребовалось бы для одного пикселя RGB . Изменения альбедо поверхности и углов обзора могут повлиять на измерения, а спутники могут использовать разные режимы обзора в разных местах; это может быть учтено в алгоритмах, используемых для преобразования необработанных данных в окончательные измерения. Как и в случае с другими космическими приборами, необходимо избегать космического мусора , чтобы предотвратить повреждения. [ необходима цитата ]

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

Список инструментов

Частичные измерения столбцов

Помимо измерений общего столба CO2 вплоть до поверхности земли, было несколько зондов, измерявших CO2 на границе верхних слоев атмосферы Земли, а также тепловые приборы, измеряющие верхние слои атмосферы в течение дня и ночи.

Концептуальные Миссии

Были и другие концептуальные миссии, которые прошли первоначальные оценки, но не были выбраны для включения в состав космических систем наблюдения. К ним относятся:

Ссылки

  1. ^ Шимель, Дэвид (ноябрь 2007 г.). «Загадки углеродного цикла». Труды Национальной академии наук . 104 (47): 18353–18354. Bibcode : 2007PNAS..10418353S. doi : 10.1073/pnas.0709331104 . PMC  2141782. PMID  17998533 .
  2. ^ Шимел, Дэвид; Стивенс, Бриттон Б.; Фишер, Джошуа Б. (январь 2015 г.). «Влияние увеличения CO2 на цикл углерода на суше». Труды Национальной академии наук . 112 (2): 436–441. Bibcode : 2015PNAS..112..436S. doi : 10.1073 /pnas.1407302112 . PMC 4299228. PMID  25548156. 
  3. ^ Кокс, Питер М.; Пирсон, Дэвид; Бут, Бен Б.; и др. (февраль 2013 г.). «Чувствительность тропического углерода к изменению климата, ограниченная изменчивостью углекислого газа» (PDF) . Nature . 494 (7437): 341–344. Bibcode :2013Natur.494..341C. doi :10.1038/nature11882. PMID  23389447. S2CID  205232639.
  4. ^ Корт, Эрик А.; Франкенберг, Кристиан; Миллер, Чарльз Э.; и др. (сентябрь 2012 г.). "Космические наблюдения за углекислым газом в мегаполисах" (PDF) . Geophysical Research Letters . 39 (17). L17806. Bibcode :2012GeoRL..3917806K. doi : 10.1029/2012GL052738 .
  5. ^ Хаммерлинг, Дорит М.; Михалак, Анна М.; О'Делл, Кристофер; и др. (апрель 2012 г.). «Глобальное распределение CO 2 над сушей со спутника наблюдения за парниковыми газами (GOSAT)». Geophysical Research Letters . 39 (8): L08804. Bibcode : 2012GeoRL..39.8804H. doi : 10.1029/2012GL051203. hdl : 2060/20120011809 . S2CID  89616306.
  6. ^ Хаккарайнен, Дж.; Иалонго, И.; Тамминен, Дж. (ноябрь 2016 г.). «Прямые космические наблюдения за антропогенными областями выбросов CO2 из ОСО-2». Geophysical Research Letters . 43 (21): 11, 400–11, 406. Bibcode : 2016GeoRL..4311400H. doi : 10.1002/2016GL070885 .
  7. ^ Basu, S.; Guerlet, S.; Butz, A.; et al. (сентябрь 2013 г.). «Глобальные потоки CO2, оцененные по данным GOSAT об общем содержании CO2 в атмосфере». Atmospheric Chemistry and Physics . 13 (17): 8695–8717. Bibcode : 2013ACP....13.8695B. doi : 10.5194/acp-13-8695-2013 .
  8. ^ Дэн, Ф.; Джонс, ДБА; Хенце, ДК; и др. (апрель 2014 г.). «Вывод региональных источников и стоков атмосферного CO2 из данных GOSAT XCO2». Атмосферная химия и физика . 14 (7): 3703–3727. Bibcode : 2014ACP....14.3703D. doi : 10.5194/acp-14-3703-2014 .
  9. ^ Wunch, D.; Wennberg, PO; Messerschmidt, J.; et al. (сентябрь 2013 г.). «Ковариация летнего CO2 в Северном полушарии с температурой поверхности в бореальных регионах». Atmospheric Chemistry and Physics . 13 (18): 9447–9459. Bibcode : 2013ACP....13.9447W. doi : 10.5194/acp-13-9447-2013 .
  10. ^ Keppel-Aleks, G.; Wennberg, PO; O'Dell, CW; et al. (апрель 2013 г.). «К ограничениям выбросов ископаемого топлива из общего количества углекислого газа в атмосфере». Atmospheric Chemistry and Physics . 13 (8): 4349–4357. Bibcode : 2013ACP....13.4349K. doi : 10.5194/acp-13-4349-2013 .
  11. ^ Росс, Адриан Н.; Вустер, Мартин Дж.; Бош, Хартмут и др. (август 2013 г.). «Первые спутниковые измерения соотношений выбросов углекислого газа и метана в шлейфах лесных пожаров». Geophysical Research Letters . 40 (15): 4098–4102. Bibcode : 2013GeoRL..40.4098R. doi : 10.1002/grl.50733. hdl : 2381/38907. S2CID  53691370.
  12. ^ Сильва, Сэм Дж.; Ареллано, Авелино Ф.; Уорден, Хелен М. (сентябрь 2013 г.). «К ограничениям выбросов антропогенного сгорания на основе космического анализа чувствительности городов к CO2/CO». Geophysical Research Letters . 40 (18): 4971–4976. Bibcode : 2013GeoRL..40.4971S. doi : 10.1002/grl.50954 .
  13. ^ Хейманн, Дж. и др. (февраль 2017 г.). « Эмиссия CO 2 от пожаров в Индонезии в 2015 г., оцененная по данным спутниковых измерений концентрации CO 2 в атмосфере ». Geophysical Research Letters . 44 (3): 1537. Bibcode :2017GeoRL..44.1537H. doi :10.1002/2016GL072042. S2CID  132149226.
  14. ^ Патра, Прабир Кумар и др. (14 декабря 2016 г.). Орбитальная углеродная обсерватория (OCO-2) отслеживает увеличение выбросов углерода в атмосферу во время Эль-Ниньо 2014–2016 гг. Осеннее совещание AGU 2016 г. 12–16 декабря 2016 г. Сан-Франциско, Калифорния.
  15. ^ Лю, Цзюньцзе и др. (октябрь 2017 г.). «Контрастные реакции углеродного цикла тропических континентов на Эль-Ниньо 2015–2016 гг.». Science . 358 (6360). eaam5690. doi : 10.1126/science.aam5690 . PMID  29026011.
  16. ^ Боуман, К. У. и др. (октябрь 2017 г.). «Глобальный и бразильский углеродный ответ на Эль-Ниньо Модоки 2011–2010 гг.». Earth and Space Science . 4 (10): 637–660. arXiv : 1703.03778 . Bibcode : 2017E&SS....4..637B. doi : 10.1002/2016ea000204. S2CID  119375779.
  17. ^ Нассар, Р. и др. (октябрь 2017 г.). «Количественная оценка выбросов CO2 отдельными электростанциями из космоса». Geophysical Research Letters . 44 (19). Bibcode : 2017GeoRL..4410045N. doi : 10.1002/2017GL074702 .
  18. ^ Wunch, D.; Toon, GC; Blavier, J.-FL; et al. (май 2011 г.). «Сеть наблюдений за общим содержанием углерода в столбе атмосферы». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 369 (1943): 2087–2112. Bibcode : 2011RSPTA.369.2087W. doi : 10.1098/rsta.2010.0240 . PMID  21502178.
  19. ^ Бутц, А.; Герле, С.; Хасекамп, О.; и др. (июль 2011 г.). «К точным наблюдениям CO2 и CH4 с GOSAT». Geophysical Research Letters . 38 (14). L14812. Bibcode : 2011GeoRL..3814812B. doi : 10.1029/2011GL047888 .
  20. ^ Chédin, A.; Serrar, S.; Scott, NA; et al. (сентябрь 2003 г.). "Первые глобальные измерения среднетропосферного CO2 с полярных спутников NOAA: тропическая зона". Journal of Geophysical Research . 108 (D18): 4581. Bibcode :2003JGRD..108.4581C. doi : 10.1029/2003JD003439 .
  21. ^ Кобаяси, Хироказу; Шимота, Акиро; Кондо, Каёко; и др. (ноябрь 1999 г.). «Разработка и оценка интерферометрического монитора для парниковых газов: высокопроизводительный инфракрасный радиометр с преобразованием Фурье для наблюдения за Землей в надире». Прикладная оптика . 38 (33): 6801–6807. Bibcode : 1999ApOpt..38.6801K. doi : 10.1364/AO.38.006801. PMID  18324219.
  22. ^ "Продукты данных SCIAMACHY в IUP/IFE Бремен" . ИУП Бремен . Проверено 28 января 2017 г.
  23. ^ Бухвиц, М.; де Бик, Р.; Берроуз, Дж. П.; и др. (март 2005 г.). «Атмосферный метан и углекислый газ по данным спутников SCIAMACHY: начальное сравнение с моделями химии и переноса». Atmospheric Chemistry and Physics . 5 (4): 941–962. Bibcode : 2005ACP.....5..941B. doi : 10.5194/acp-5-941-2005 .
  24. ^ "CO2 Documents". AIRS Version 5 Documentation . NASA / Goddard Space Flight Center. 19 ноября 2015 г. Получено 11 февраля 2017 г.
  25. ^ Олсен, Эдвард Т.; Шахин, Мустафа Т.; Чен, Люк Л.; и др. (апрель 2008 г.). Шен, Сильвия С.; Льюис, Пол Э. (ред.). "Извлечение среднетропосферного CO2 непосредственно из измерений AIRS". Труды SPIE . Алгоритмы и технологии для мультиспектральной, гиперспектральной и ультраспектральной съемки XIV. 6966. 696613. Bibcode : 2008SPIE.6966E..13O. doi : 10.1117/12.777920. S2CID  53542643.
  26. ^ Chahine, MT; Chen, Luke; Dimotakis, Paul; et al. (сентябрь 2008 г.). "Спутниковое дистанционное зондирование CO2 в средней тропосфере". Geophysical Research Letters . 35 (17). L17807. Bibcode : 2008GeoRL..3517807C. doi : 10.1029/2008GL035022 .
  27. ^ "IASI Sounding Products". Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Получено 22 октября 2017 г.
  28. ^ Liuzzia, G.; Masielloa, G.; Serioa, C.; et al. (октябрь 2016 г.). «Физическая инверсия полных спектров IASI: оценка восстановления атмосферных параметров, согласованность спектроскопии и прямое моделирование». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 182 : 128–157. Bibcode :2016JQSRT.182..128L. doi : 10.1016/j.jqsrt.2016.05.022 .
  29. ^ "GOSAT Data Archive Service (GDAS)". Национальный институт исследований окружающей среды . Получено 28 января 2017 г.
  30. ^ Kuze, Akihiko; Suto, Hiroshi; Nakajima, Masakatsu; et al. (декабрь 2009 г.). "Тепловой и ближний инфракрасный датчик для наблюдения за углеродом. Фурье-спектрометр на спутнике наблюдения за парниковыми газами для мониторинга парниковых газов". Applied Optics . 48 (35). 6716. Bibcode : 2009ApOpt..48.6716K. doi : 10.1364/AO.48.006716. PMID  20011012.
  31. ^ Kuze, Akihiko; Suto, Hiroshi; Shiomi, Kei; et al. (июнь 2016 г.). «Обновление производительности, операций и продуктов данных GOSAT TANSO-FTS после более чем 6 лет в космосе». Atmospheric Measurement Techniques . 9 (6): 2445–2461. Bibcode :2016AMT.....9.2445K. doi : 10.5194/amt-9-2445-2016 .
  32. ^ Обзор результатов расследования несчастного случая на орбитальной углеродной обсерватории (OCO) для публичного выпуска (PDF) (отчет). NASA . Получено 5 ноября 2018 г.
  33. ^ "CO2 Virtual Science Data Environment". NASA / Jet Propulsion Laboratory. Архивировано из оригинала 12 февраля 2017 года . Получено 11 февраля 2017 года .
  34. ^ Элдеринг, Эннмари; О'Делл, Крис В.; Веннберг, Пол О.; и др. (февраль 2017 г.). «Орбитальная углеродная обсерватория-2: первые 18 месяцев научных данных». Обсуждения методов атмосферных измерений . 10 (2): 549–563. Bibcode : 2017AMT....10..549E. doi : 10.5194/amt-10-549-2017 .
  35. ^ "Глобальный мониторинг выбросов GHGSat". GHGSat . Получено 11 февраля 2017 г. .
  36. ^ "FENGYUN Satellite Data Center". Национальный спутниковый метеорологический центр . Получено 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 . Получено 11 февраля 2017 г.
  39. ^ Кларк, Стивен (14 ноября 2017 г.). «Китайский метеорологический спутник выведен на полярную орбиту». Spaceflight Now . Получено 11 мая 2018 г.
  40. ^ "Satellite: FY-3D". Инструмент анализа и обзора возможностей систем наблюдений ВМО . Получено 22 октября 2017 г.
  41. ^ "Китай успешно запустил метеорологический спутник FY-3D на полярной орбите". Китайская метеорологическая администрация . Получено 16 ноября 2017 г.
  42. ^ Барбоса, Руи (8 мая 2018 г.). «Китайский метеорологический спутник выведен на полярную орбиту». NASAspaceflight.com . Получено 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, И (2017). Мониторинг CO2 из космоса: статус миссии TanSat и GF-5/GMI (PDF) . 9-й Азиатско-Тихоокеанский симпозиум GEOSS. 11–13 января 2017 г. Токио, Япония.
  45. ^ "Результаты запуска H-IIA F40, инкапсулирующего GOSAT-2 и KhalifaSat". Японское агентство аэрокосмических исследований. 29 октября 2018 г. Получено 5 ноября 2018 г.
  46. ^ "Архив продукта GOSAT-2". Национальный институт исследований окружающей среды . Получено 25 мая 2020 г.
  47. ^ Мацунага, Т.; Максютов, С.; Морино, И.; и др. (2016). Статус проекта NIES GOSAT-2 и Центра спутниковых наблюдений NIES (PDF) . 12-й Международный семинар по измерениям парниковых газов из космоса. 7–9 июня 2016 г. Киото, Япония.
  48. ↑ Поттер, Шон (4 мая 2019 г.). «SpaceX Dragon направляется на космическую станцию ​​с NASA Science, Cargo». nasa.gov . NASA . Получено 4 августа 2019 г. .
  49. ^ "GES Disc Search, OCO-3". NASA . Получено 25 мая 2020 г.
  50. ^ Элдеринг, Эннмари; Уорден, Джон (октябрь 2016 г.). Наука и статус OCO-3 для CEOS (PDF) (Отчет). Комитет по спутникам наблюдения за Землей.
  51. ^ Бюиссон, Франсуа; Прадинес, Дидье; Паскаль, Вероник; и др. (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, ИН; О'Брайен, ДМ; Кумер, Дж. Б.; и др. (апрель 2014 г.). «Производительность геостационарной миссии geoCARB по измерению усредненных по столбу концентраций CO2, CH4 и CO». Методы атмосферных измерений . 7 (4): 959–981. Bibcode : 2014AMT.....7..959P. doi : 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 г. Хельсинки, Финляндия.
  54. ^ "SABER: Пионер в атмосферной науке". Исследовательский центр NASA Langley. 2001. Получено 28 августа 2019 .
  55. ^ "ACE: Atmospheric Chemistry Experiment". Университет Ватерлоо . Получено 28 августа 2019 г.
  56. ^ "Solar Occultation For Ice Experiment". GATS, Inc. 2010. Получено 28 августа 2019 .
  57. ^ Wang, JS; Kawa, SR; Eluszkiewicz, J.; et al. (декабрь 2014 г.). «Эксперимент по моделированию региональной системы наблюдения за CO2 для спутниковой миссии ASCENDS». Atmospheric Chemistry and Physics . 14 (23): 12897–12914. Bibcode : 2014ACP....1412897W. doi : 10.5194/acp-14-12897-2014 .
  58. ^ Кей, Ричард; Сандер, Стэнли; Элдеринг, Эннмари; и др. (2012). Геостационарный спектрометр с преобразованием Фурье . Аэрокосмическая конференция IEEE 2012 года. 3–10 марта 2012 г. Биг Скай, Монтана. doi :10.1109/AERO.2012.6187164.
  59. ^ "AIM-North Миссия по получению атмосферных изображений для северных регионов". AIM-North.ca . Получено 11 мая 2018 г.
  60. ^ Нассар, Р.; Маклинден, К.; Сиорис, К.; и др. (2019). «Миссия по получению атмосферных изображений для северных регионов: AIM-North». Канадский журнал дистанционного зондирования . 45 (3–4): 781–811. Bibcode : 2019CaJRS..45..423N. doi : 10.1080/07038992.2019.1643707 .
  61. ^ Bovensmann, H.; Buchwitz, M.; Burrows, JP; Reuter, M.; Krings, T.; Gerilowski, K.; Schneising, O.; Heymann, J.; Tretner, A.; Erzinger, J. (2010). «Метод дистанционного зондирования для глобального мониторинга выбросов CO2 электростанциями из космоса и связанных с ними приложений». Atmospheric Measurement Techniques . 3 (4): 423–442. Bibcode :2010AMT.....3..781B. doi : 10.5194/amt-3-781-2010 . ISSN  1867-8548.