Norii și sistemul energetic radiant al Pământului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Impresia artistului asupra instrumentelor CERES care scanează Pământul în modul Plan Azimut rotativ.

Norii și sistemul energetic al Pământului Radiant sau CERES (Sistemul de energie radiantă Pământului și nori) este un NASA climatologică experiment în curs de desfășurare de pe orbita Pământului. [1] [2] CERES sunt instrumente științifice prin satelit aparținând sistemului de observare a pământului al NASA (EOS - Sistemul de observare a pământului), concepute pentru a măsura atât radiația solară reflectată, cât și cea emisă din vârful atmosferei (TOA - Top Of Atmoshpere) la suprafața pământului. Proprietățile norilor sunt determinate folosind măsurători simultane cu alte instrumente EOS, cum ar fi Spectroradiometrul de imagistică cu rezoluție moderată (MODIS). [3] Rezultatele CERES și ale altor misiuni NASA, cum ar fi Experimentul bugetar al radiațiilor terestre (ERBE), [4] ar putea conduce la o mai bună înțelegere a rolului norilor și a ciclului energetic în schimbările climatice globale. [1] [5]

Radiația fluxului de undă scurtă de intrare , de vârf al atmosferei (TOA), arată energia primită de soare (26-27 ianuarie 2012).
Ieșire, lung val de radiații de flux în atmosfera superioară (perioada 26-27 ianuarie 2012). Energia termică radiată de Pământ (în wați pe metru pătrat) este indicată în nuanțe de galben, roșu, albastru și alb. Cele mai fierbinți zone sunt cele galbene mai strălucitoare, care emit mai multă energie în spațiu, în timp ce zonele albastre închise și norii albi strălucitori sunt mult mai reci, care emit mai puțină energie.

Obiective științifice

Experimentul CERES are patru obiective principale:

  • Continuarea registrului ERBE al fluxurilor radiative în atmosfera superioară (TOA) pentru analiza schimbărilor climatice .
  • Dublarea preciziei estimărilor fluxurilor radiative la TOA și la suprafața pământului.
  • Furnizați primele estimări globale pe termen lung ale fluxurilor de radiații în atmosfera Pământului.
  • Furnizați estimări ale proprietăților norilor care sunt în concordanță cu fluxurile radiative de la suprafață la TOA.

Fiecare instrument CERES este un radiometru care are trei canale - un canal cu undă scurtă (SW) pentru a măsura lumina soarelui reflectată în regiunea de 0,2-5 µm , un canal pentru a măsura radiația termică emisă de Pământ în regiunea „ferestrei” o „WN „de 8-12 µm și un canal global pentru a măsura întregul spectru al radiației terestre (> 0,2 µm). Instrumentul CERES se bazează pe succesul experimentului bugetar de radiații terestre, care a folosit trei sateliți pentru a furniza măsurători ale bilanțului energetic global din 1984 până în 1993. [6]

Calibrare absolută a solului

Într-o misiune de înregistrare a datelor climatice (CDR) precum CERES, precizia are o mare importanță și se realizează în timpul măsurătorilor nocturne cu infraroșu pur folosind un corp negru trasabil SI într-un laborator de la sol pentru a determina câștigurile radiometrice totale și WN. Totuși, acest lucru nu este cazul canalelor solare CERES, cum ar fi SW și porțiunea solară a telescopului Total, care nu au un lanț direct neîntrerupt de trasabilitate SI. Acest lucru se datorează faptului că reacțiile solare CERES au fost măsurate la sol folosind lămpi a căror energie de ieșire a fost estimată de un detector de referință criocavitate, care a folosit un telescop Cassegrain argintiu identic cu dispozitivele CERES pentru a se potrivi cu câmpul vizual al instrumentului satelit. Reflectivitatea acestui telescop construit și utilizat de la mijlocul anilor 1990 nu a fost niciodată măsurată, ci estimată [7] numai pe baza specimenelor (vezi diapozitivul 9 de Priestley și colab. (2014) [8] ). Astfel de dificultăți în calibrarea solului, combinate cu evenimente suspectate de contaminare a solului, [9] au condus la necesitatea de a face inexplicabile modificările sol-zbor în detectorul SW de până la 8%, [10] pur și simplu pentru a face ca datele ERB să aibă un sens. la știința climei (rețineți că CERES se mândrește în prezent cu o precizie absolută de 0,9% sigma SW). [11]

Calibrarea în zbor

Rezoluția spațială a CERES la vizualizarea nadir (diametrul amprentei echivalent) este de 10 km pentru CERES pe TRMM și de 20 km pentru CERES pe sateliții Terra și Aqua . Poate că o importanță mai mare pentru misiuni precum CERES este stabilitatea calibrării sau capacitatea de a urmări și împărți schimbările instrumentale de datele terestre pentru a urmări cu încredere schimbările climatice adevărate. Sistemele de calibrare CERES de la bord sunt setate pentru a realiza acest lucru pentru canalele reflectate de măsurare a soarelui, inclusiv difuzoare solare și lămpi de tungsten. Cu toate acestea, lămpile au o eficiență foarte scăzută în regiunea importantă a lungimii de undă ultravioletă, unde degradarea este mai mare și s-a observat că derivă energia cu mai mult de 1,4% în testele la sol, fără capacitatea de a le monitoriza pe orbită (Priestley și colab. (2001) ) [12] ). Chiar și difuzoarele solare s-au degradat puternic pe orbită, atât de mult încât au fost declarate inutilizabile de Priestley et al (2011). [13] Pentru canalele Total și WN se utilizează o pereche de corpuri de cavități negre care pot fi controlate la temperaturi diferite, dar acestea nu s-au dovedit stabile la o valoare mai mare de 0,5% / deceniu. [9] Observațiile spațiului rece și calibrarea internă sunt efectuate în timpul scanărilor normale ale Pământului.

Misiuni

Prima lansare

Primul instrument CERES Proto-Flight Module (PFM) a fost lansat la bordul Misiunii NASA de măsurare a precipitațiilor tropicale (TRMM) în noiembrie 1997 din Japonia . Cu toate acestea, acest instrument a încetat să funcționeze după 8 luni din cauza unei defecțiuni a circuitului de la bord.

CERES pe sateliții EOS și JPSS

Alte șase instrumente CERES au fost lansate pe sistemul de observare a Pământului și pe sistemul comun de satelit polar . Satelitul Terra , lansat în decembrie 1999, include două instrumente (Flight Module 1 (FM1 și FM2) și satelitul Aqua , lansat în mai 2002, încă două (FM3 și FM4). Un al cincilea instrument (FM5) a fost lansat pe satelit Suomi NPP în octombrie 2011 și un al șaselea (FM6) pe NOAAA-20 în noiembrie 2017. Odată cu defectarea PFM pe satelitul TRMM și pierderea în 2005 a canalului FM4 SW pe Aqua, cinci dintre modulele de zbor CERES sunt încă pe deplin operațional. [14] [15]

Instrumentele bugetare pentru radioation

Măsurătorile instrumentelor CERES urmau să fie întărite prin Instrumentul de buget pentru radiații (RBI), care urma să fie lansat pe sistemul polar comun de satelit-2 (JPSS-2) în 2021, JPSS-3 în 2026 și JPSS-4 în 2031. [15 ] Proiectul a fost anulat pe 26 ianuarie 2018; NASA a vorbit despre probleme tehnice, de cost și de sincronizare și despre impactul creșterii costurilor proiectate de RBI asupra altor programe. [16]

Moduri de operare

CERES funcționează în trei moduri de scanare: prin legătura la sol a satelitului (cale transversală), de-a lungul direcției legăturii la sol prin satelit (de-a lungul liniei) și într-un plan azimut rotativ (RAP). În modul RAP, radiometrele dobândesc măsurători de strălucire dintr-o gamă largă de unghiuri de vizualizare. Până în februarie 2005, pe sateliții Terra și Aqua unul dintre instrumentele CERES scanează în modul cross-track în timp ce celălalt se afla în modul RAP sau de-a lungul track-ului. Instrumentul care funcționează în modul de scanare RAP avea nevoie de două zile pentru transferul de date în fiecare lună. Cu toate acestea, datele CERES multi-unghiulare au permis derivarea de noi modele care iau în considerare anizotropia scenei afișate și permit recuperarea fluxului radiativ TOA cu o precizie mai mare. [17]

Notă

  1. ^ a b BA Wielicki, Edwin F. Harrison, Robert D. Cess, Michael D. King și David A. Randall, <2125: MTPERO> 2.0.CO; 2 Misiune pe planeta Pământ: rolul norilor și radiațiilor în climă , în Taur. Am. Meteorol. Soc. , Vol. 76, nr. 11, 1995, pp. 2125-2152, Bibcode : 1995BAMS ... 76.2125W , DOI : 10.1175 / 1520-0477 (1995) 076 <2125: MTPERO> 2.0.CO; 2 .
  2. ^ Wielicki, <0853: CATERE> 2.0.CO; 2 Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES): An Earth Observing System Experiment , în Buletinul Societății Meteorologice Americane , vol. 77, nr. 5, 1996, pp. 853–868, Bibcode : 1996BAMS ... 77..853W , DOI : 10.1175 / 1520-0477 (1996) 077 <0853: CATERE> 2.0.CO; 2 .
  3. ^ P. Minnis, CERES Cloud Property Retrievals from Imager on TRMM, Terra and Aqua ( PDF ), on Proceedings of SPIE 10th International Symposium on Remote Sensing , www-pm.larc.nasa.gov , septembrie 2003, pp. 37-48.
  4. ^ Bruce R. Barkstrom, The Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) , în Buletinul Societății Americane de Meteorologie , vol. 65, nr. 11, 1 noiembrie 1984, pp. 1170-1185, DOI : 10.1175 / 1520-0477 (1984) 0652.0.CO; 2 . Adus pe 7 iulie 2019 .
  5. ^ De suprafață și atmosferică TeledetecŃie. Tehnologii, analiza și interpretarea datelor, International, în Geostiinte si Teledetectie Simpozionul IGARSS '94, 1994.
  6. ^ NASA, Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) (accesat la 9 septembrie 2014)
  7. ^ M. Folkman și colab., "Calibrarea unui standard de referință cu undă scurtă prin transfer de la un standard de corp negru folosind un radiometru criogen activ cu cavitate", IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium, pp. 2298–2300, 1994.
  8. ^ Kory Priestley, CERES CALCON Discuție pe digitalcommons.usu.edu, 5 august 2014.
  9. ^ a b Matthews, In-Flight Spectral Characterization and Calibration Stability Estimates for the Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES) , în Journal of Atmospheric and Oceanic Technology , vol. 28, 2009, p. 3, Bibcode : 2011JAtOT..28 .... 3P , DOI : 10.1175 / 2010JTECHA1521.1 .
  10. ^ Kory Priestley, CERES Gain Changes , pe earth-www.larc.nasa.gov , 1 iulie 2002. Accesat la 8 decembrie 2017 (arhivat din original la 12 decembrie 2016) .
  11. ^ Wielicki, Realizarea schimbărilor climatice cu precizie absolută , în Buletinul Societății Meteorologice Americane , vol. 94, nr. 10, 2013, p. 1519, Bibcode : 2013BAMS ... 94.1519W , DOI : 10.1175 / BAMS-D-12-00149.1 .
  12. ^ Priestley, <2249: PRVOTC> 2.0.CO; 2 Postlaunch Validarea radiometrică a norilor și a sistemului de energie radiantă a Pământului (CERES) Modelul Proto-Flight pe nave spațiale până la misiunea de măsurare a precipitațiilor tropicale (TRMM) până în 1999 , în Journal of Applied Meteorology , vol. 39, nr. 12, 2001, p. 2249, Bibcode : 2000JApMe..39.2249P , DOI : 10.1175 / 1520-0450 (2001) 040 <2249: PRVOTC> 2.0.CO; 2 .
  13. ^ Priestley, Radiometric Performance of the CERES Earth Radiation Budget Climate Record Sensors on the EOS Aqua and Terra Spacecraft to April April 2007 , in Journal of Atmospheric and Oceanic Technology , vol. 28, nr. 1, 2011, p. 3, Bibcode : 2011JAtOT..28 .... 3P , DOI : 10.1175 / 2010JTECHA1521.1 .
  14. ^ (EN) Joint Polar Satellite System - Launch Schedule , pe www.jpss.noaa.gov. Adus la 23 ianuarie 2017 (arhivat din original la 19 ianuarie 2017) .
  15. ^ a b Joint Polar Satellite System: Mission and Instruments , pe NASA . Adus pe 14 noiembrie 2017 .
  16. ^ NASA anulează setul de senzori pentru știința pământului pentru lansarea în 2021 , pe NASA.gov . Adus pe 28 ianuarie 2018 .
  17. ^ NG Loeb, Seiji Kato, Konstantin Loukachine și Natividad Manalo-Smith, modele de distribuție unghiulară pentru estimarea fluxului radiativ din partea superioară a atmosferei din nori și instrumentul Sistemului de energie radiantă al Pământului pe satelitul Terra. Partea I: Metodologie , în J. Atmos. Ocean. Tehnologie. , vol. 22, n. 4, 2005, pp. 338–351, Bibcode : 2005JAtOT..22..338L , DOI : 10.1175 / JTECH1712.1 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Adus din „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Clouds_and_the_Earth%27s_Radiant_Energy_System&oldid=117103028 ”