Rumbaserede målinger af kuldioxid - Space-based measurements of carbon dioxide
-2.jpg)
2 observere satellit.
Rumbaserede målinger af kuldioxid ( CO
2) bruges til at besvare spørgsmål om Jordens kulstofcyklus . Der findes en række forskellige aktive og planlagte instrumenter til måling af kuldioxid i Jordens atmosfære fra rummet. Den første satellitmission designet til at måle CO
2var interferometrisk monitor for drivhusgasser (IMG) om bord på ADEOS I -satellitten i 1996. Denne mission varede mindre end et år. Siden er yderligere rumbaserede målinger begyndt, herunder målinger fra to satellitter med høj præcision (bedre end 0,3% eller 1 ppm) ( GOSAT og OCO-2 ). Forskellige instrumentdesign afspejler muligvis forskellige primære missioner.
Formål og fremhævninger af fund
| Del af en serie om |
| Kulstofcyklus |
|---|
 |
Der er fremragende spørgsmål inden for kulstofcyklusvidenskab, som satellitobservationer kan hjælpe med at besvare. Jordsystemet absorberer omkring halvdelen af alt menneskeskabt CO
2emissioner. Det er imidlertid uklart, præcis hvordan denne optagelse er opdelt i forskellige regioner over hele kloden. Det er også usikkert, hvordan forskellige regioner vil opføre sig med hensyn til CO
2strøm under et andet klima. For eksempel kan en skov øge CO
2optagelse på grund af befrugtningen eller β-effekt, eller det kan frigive CO
2på grund af øget metabolisme af mikrober ved højere temperaturer. Disse spørgsmål er svære at besvare med historisk rumligt og tidsmæssigt begrænsede datasæt.
Selvom satellitobservationer af CO
2 er noget nyere, har de været brugt til en række forskellige formål, hvoraf nogle fremhæves her:
-
Megacity CO
2forbedringer blev observeret med GOSAT- satellitten, og minimum observerbare rumbaserede ændringer i emissioner blev estimeret.
- Satellitobservationer er blevet brugt til at visualisere, hvordan CO
2 distribueres globalt, herunder undersøgelser, der har fokuseret på menneskeskabte emissioner.
- Fluxestimater blev foretaget af CO
2 ind og ud af forskellige regioner.
- Korrelationer blev observeret mellem uregelmæssige temperaturer og CO
2målinger i boreale regioner.
-
Zonale asymmetriske mønstre af CO
2 blev brugt til at observere underskrifter fra fossile brændstoffer.
- Emissionsforhold med metan blev målt fra skovbrande.
-
CO
2emissionsforhold med kulilte (en markør for ufuldstændig forbrænding) målt ved MOPITT -instrumentet blev analyseret over større byområder over hele kloden for at måle udviklings-/udviklet status.
- OCO-2 observationer blev brugt til at estimere CO
2emissioner fra naturbrande i Indonesien i 2015.
- OCO-2-observationer blev også brugt til at estimere den overskydende strømning mellem land og hav på grund af El Niño-begivenheden 2014-16 .
- GOSAT-observationer blev brugt til at tilskrive El Niño Modoki 2010-2011 på den brasilianske kulstofbalance.
- OCO-2 observationer blev brugt til at kvantificere CO
2emissioner fra individuelle kraftværker, hvilket demonstrerer potentialet for fremtidig rumbaseret CO
2 emissionsovervågning.
Udfordringer
Fjernmåling af sporgasser har flere udfordringer. De fleste teknikker er afhængige af at observere infrarødt lys reflekteret fra jordens overflade. Fordi disse instrumenter bruger spektroskopi , registreres et spektrum ved hvert lydende fodaftryk - det betyder, at der er betydeligt (ca. 1000 ×) flere data at overføre, end hvad der kræves af bare en RGB -pixel . Ændringer i overfladen albedo og synsvinkler, kan påvirke målingerne, og satellitter kan anvende forskellige visningstilstande over forskellige steder; disse kan redegøres for i de algoritmer, der bruges til at konvertere rå til endelige målinger. Som med andre rumbaserede instrumenter skal rumaffald undgås for at forhindre skader.
Vanddamp kan fortynde andre gasser i luften og dermed ændre mængden af CO
2i en søjle over jordens overflade, så ofte søjlegennemsnitlige tørluftmolefraktioner (X CO
2) rapporteres i stedet. For at beregne dette kan instrumenter også måle O 2 , som fortyndes på samme måde som andre gasser, eller algoritmerne kan redegøre for vand- og overfladetryk fra andre målinger. Skyer kan forstyrre nøjagtige målinger, så platforme kan omfatte instrumenter til måling af skyer. På grund af målefejl og fejl ved tilpasning af signaler til opnåelse af X CO
2, rumbaserede observationer kan også sammenlignes med jordbaserede observationer som dem fra TCCON .
Liste over instrumenter
| Instrument/satellit | Primær institution (er) | Servicedatoer | Omtrentlige brugbare daglige lyde |
Omtrentlig lydende størrelse |
Offentlige data | Noter | Ref |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HIRS-2/TOVS ( NOAA-10 ) | NOAA ( USA ) | Juli 1987 - juni 1991 |
100 × 100 km | Ingen | Måling af CO 2 var ikke et oprindeligt missionsmål |
||
| IMG ( ADEOS I ) | NASDA ( Japan ) | 17. august 1996– juni 1997 |
50 | 8 × 8 km | Ingen | FTS system | |
| SCIAMACHY ( Envisat ) | ESA , IUP University of Bremen ( Tyskland ) | 1. marts 2002 - maj 2012 |
5.000 | 30 × 60 km | Ja | ||
| AIRS ( Aqua ) | JPL (USA) | 4. maj 2002 - igangværende |
18.000 | 90 × 90 km | Ja | ||
| IASI ( MetOp ) | CNES / EUMETSAT ( ESA ) | 19. oktober 2006 | 20-39 km diameter | Ja (kun få dage) | |||
| GOSAT | JAXA ( Japan ) | 23. januar 2009 - igangværende |
10.000 | 10,5 km diameter | Ja | Første dedikerede mission med høj præcision (<0,3%), måler også CH 4 | |
| OCO | JPL (USA) | 24. februar 2009 | 100.000 | 1,3 × 2,2 km | Ikke relevant | Kunne ikke nå kredsløb | |
| OCO-2 | JPL (USA) | 2. juli 2014 - igangværende |
100.000 | 1,3 × 2,2 km | Ja | Høj præcision (<0,3%) | |
| GHGSat-D (eller Claire) | GHGSat ( Canada ) | 21. juni 2016 - igangværende |
~ 2–5 billeder, hver 10.000+ pixels |
12 × 12 km , 50 m opløsning |
kun tilgængelig for udvalgte partnere | CubeSat og billeddannelsesspektrometer ved hjælp af Fabry-Pérot interferometer | |
| TanSat (eller CarbonSat) | CAS ( Kina ) |
21. december 2016 - igangværende |
100.000 | 1 × 2 km | Ja (L1B -stråler) | ||
| GAS FTS ombord på FY -3D | CMA ( Kina ) |
15. november 2017 - igangværende |
15.000 | 13 km i diameter | Ingen | ||
| GMI (GaoFen-5, ( fr )) | CAS ( Kina ) |
8. maj 2018 - igangværende |
10,3 km i diameter | Ingen | Rumlig heterodyne | ||
| GOSAT-2 | JAXA ( Japan ) |
29. oktober 2018 - igangværende |
10.000+ | 9,7 km i diameter | Ja (L1B -stråler) | Vil også måle CH 4 og CO | |
| OCO-3 | JPL (USA) |
4. maj 2019 - igangværende |
100.000 | <4,5 × 4,5 km | Ja | Monteret på ISS | |
| MicroCarb | CNES ( Frankrig ) | forventet 2022 | ~ 30.000 | 4,5 × 9 km | Vil sandsynligvis også måle CH 4 | ||
| GOSAT-3 | JAXA ( Japan ) | forventet 2022 | |||||
| GeoCARB | University of Oklahoma (USA) | forventet 2023 | ~ 800.000 | 3 × 6 km | Første CO 2-observation af geosynkron satellit , vil også måle CH 4 og CO |
Delvis kolonnemåling
Ud over de samlede kolonnemålinger af CO
2ned til jorden har der været flere lemmer, der har målt CO
2 gennem kanten af Jordens øvre atmosfære og termiske instrumenter, der måler den øvre atmosfære i løbet af dagen og natten.
- Lydning af atmosfæren ved hjælp af bredbåndsemissionsradiometri (SABER) ombord TIMED lanceret 7. december 2001 foretager målinger i mesosfæren og den nedre termosfære i termiske bånd.
- ACE-FTS (Atmospheric Chemistry Experiment-Fourier Transform Spectrometer) ombord på SCISAT-1 lanceret 13. august 2003 måler solspektre, hvorfra profiler af CO
2 kan beregnes. - SOFIE (Solar Occultation for Ice Experiment) er en lemmer om bord på AIM -satellitten, der blev lanceret den 25. april 2007.
Konceptuelle missioner
Der har været andre konceptuelle missioner, der har gennemgået indledende evalueringer, men ikke er blevet valgt til at blive en del af rumbaserede observationssystemer. Disse omfatter:
- Aktiv registrering af CO
2 Emissioner over nætter, dage og årstider (ASCENDS) er en lidar-baseret mission - Geostationary Fourier Transform Spectrometer (GeoFTS)
- Atmosfærisk billeddannelsesmission for nordlige regioner (AIM-North) ville involvere en konstellation af to satellitter i elliptiske baner for at fokusere på de nordlige regioner. Konceptet gennemgår et fase 0-studie i 2019-2020.
- Carbon Monitoring Satellite (CarbonSat) var et koncept for en billeddannende satellit med global dækning cirka hver 6. dag. Denne mission gik aldrig ud over konceptfasen.