Jump to content

Облака и лучистая энергетическая система Земли

Художественное представление инструментов CERES, сканирующих Землю в режиме вращающейся азимутальной плоскости.

Облака и система лучистой энергии Земли ( CERES ) – это постоянно действующее исследование. НАСА Климатологический эксперимент с околоземной орбиты . [ 1 ] [ 2 ] CERES — это научные спутниковые инструменты, входящие в систему наблюдения за Землей НАСА (EOS), предназначенные для измерения как отраженного от Солнца, так и излучаемого Землей излучения от верхних слоев атмосферы ( TOA) до поверхности Земли. Свойства облаков определяются с помощью одновременных измерений другими инструментами EOS, такими как спектрорадиометр для получения изображений среднего разрешения (MODIS). [ 3 ] Результаты CERES и других миссий НАСА, таких как Эксперимент по радиационному бюджету Земли (ERBE), [ 4 ] (EEI) в режиме реального времени может позволить отслеживать энергетический дисбаланс Земли и лучше понимать роль облаков в глобальном изменении климата . [ 1 ] [ 5 ]

Продолжительность: 20 секунд.
Входящий коротковолновый поток излучения верхней части атмосферы (TOA) показывает энергию, полученную от Солнца (26–27 января 2012 г.).
Продолжительность: 20 секунд.
Уходящий длинноволновый поток излучения в верхних слоях атмосферы (26–27 января 2012 г.). Тепловая энергия, излучаемая Землей (в ваттах на квадратный метр), показана оттенками желтого, красного, синего и белого цветов. Самые ярко-желтые области являются самыми горячими и излучают в космос больше всего энергии, тогда как темно-синие области и ярко-белые облака намного холоднее и излучают меньше всего энергии.
Кумулятивная планетарная аномалия теплосодержания Земли с 2000 года по наблюдениям CERES

Научные цели

[ редактировать ]

Эксперимент CERES преследует четыре основные цели:

  • Продолжение регистрации радиационных потоков в верхних слоях атмосферы (TOA) ERBE для изменения климата . анализа
  • Удвоение точности оценок радиационных потоков на ТОА и поверхности Земли.
  • Предоставить первые долгосрочные глобальные оценки радиационных потоков в атмосфере Земли.
  • Предоставьте оценки свойств облаков, которые соответствуют потокам излучения от поверхности к TOA.

Каждый прибор CERES представляет собой радиометр , имеющий три канала: коротковолновый (КВ) канал для измерения отраженного солнечного света в диапазоне 0,2–5 мкм , канал для измерения теплового излучения Земли в 8–12 мкм «окне» или «WN». региона и Общий канал для измерения всего спектра уходящего от Земли излучения (>0,2 мкм ). Инструмент CERES был основан на успешном эксперименте по балансу радиации Земли , в котором с 1984 по 1993 год использовались три спутника для измерения глобального энергетического баланса. [ 6 ]

Первый запуск

[ редактировать ]

Первый прото-полетный модуль (PFM) прибора CERES был запущен на борту миссии НАСА по измерению тропических осадков (TRMM) в ноябре 1997 года из Японии . Однако через 8 месяцев этот прибор не заработал из-за неисправности бортовой цепи.

CERES на спутниках миссий EOS и JPSS

[ редактировать ]

Еще шесть инструментов CERES были запущены в Системе наблюдения Земли и Объединенной полярной спутниковой системе . На спутнике «Терра», запущенном в декабре 1999 года, было установлено два спутника (полетный модуль 1 (FM1) и FM2), а на спутнике «Аква», запущенном в мае 2002 года, было еще два (FM3 и FM4). Пятый прибор (FM5) был запущен на спутнике АЭС Суоми в октябре 2011 года, а шестой (FM6) на спутнике NOAA-20 в ноябре 2017 года. После отказа PFM на TRMM и потери в 2005 году SW-канала FM4 на Aqua По состоянию на 2017 год пять летных модулей CERES полностью готовы к работе. [ 7 ] [ 8 ]

Инструменты радиационного бюджета

[ редактировать ]

Измерениям приборов CERES должен был способствовать запуск инструмента радиационного баланса (RBI), который будет запущен на Объединенной полярной спутниковой системе -2 (JPSS-2) в 2021 году, JPSS-3 в 2026 году и JPSS-4 в 2031 году. [ 8 ] Проект был отменен 26 января 2018 года; НАСА указало на технические проблемы, проблемы с затратами и графиком, а также на влияние ожидаемого роста затрат RBI на другие программы. [ 9 ]

Бесплатно

[ редактировать ]

В феврале 2020 года НАСА объявило о выборе инструмента Libera для запуска на JPSS-3 к концу 2027 года. [ 10 ] Планируется, что Libera обеспечит непрерывность данных и обновленные возможности. ЛАСП является ведущим разработчиком приборов. [ 11 ]

Режимы работы

[ редактировать ]

спутника CERES работает в трех режимах сканирования: поперек наземной траектории (поперек траектории), вдоль направления наземной траектории спутника (вдоль траектории) и во вращающейся азимутальной плоскости (RAP). В режиме RAP радиометры сканируют по углу места, вращаясь по азимуту , таким образом измеряя яркость в широком диапазоне углов обзора. До февраля 2005 года на спутниках Terra и Aqua один из приборов CERES сканировал в поперечном режиме, а другой - в режиме RAP или вдоль пути. Прибор, работающий в режиме RAP-сканирования, каждый месяц принимал два дня вдольпутных данных. Однако многоугольные данные CERES позволили вывести новые модели, которые учитывают анизотропию наблюдаемой сцены и позволяют определять поток излучения TOA с повышенной точностью. [ 12 ]

Все инструменты CERES находятся на солнечно-синхронной орбите . Сопоставимые геостационарные данные между 60 ° ю.ш. и 60 ° с.ш. также применяются в рамках «сбалансированных и заполненных» информационных продуктов для обеспечения дневного полного представления радиационного баланса и учета изменений облаков между периодами наблюдения CERES. [ 13 ]

Методы калибровки

[ редактировать ]

Приборы CERES были разработаны для обеспечения повышенной стабильности и точности измерений , однако известно, что достижение и обеспечение абсолютной точности с течением времени остается постоянной проблемой. [ 14 ] Несмотря на более продвинутые возможности CERES отслеживать радиационные потоки TOA Земли в глобальном масштабе и с относительной точностью, единственный практический способ оценить абсолютную величину EEI (по состоянию на 2020 год) - это инвентаризация изменений энергии в климатической системе. [ 15 ] Следовательно, важным ограничением в продуктах данных CERES является привязка EEI в определенный момент времени к значению, которое соответствует данным ARGO за несколько лет . [ 13 ]

Абсолютная калибровка грунта

[ редактировать ]

Для миссии по записи климатических данных (CDR), такой как CERES, точность имеет большое значение и достигается для измерений в чистом инфракрасном диапазоне в ночное время за счет использования наземного лабораторного отслеживаемого черного тела SI для определения общего радиометрического усиления и радиометрического усиления канала WN. Однако это не относится к солнечным каналам CERES, таким как SW и солнечная часть телескопа Total, которые не имеют прямой непрерывной цепочки отслеживания SI. Это связано с тем, что солнечные отклики CERES измерялись на земле с использованием ламп, выходная энергия которых оценивалась с помощью эталонного детектора с криорезонатором, в котором использовался серебряный телескоп Кассегрена, идентичный устройствам CERES, чтобы соответствовать полю зрения спутниковых приборов. По оценкам, отражательная способность этого телескопа, построенного и используемого с середины 1990-х годов, никогда не измерялась. [ 16 ] только на основе образцов свидетелей (см. слайд 9 Priestley et al. (2014) [ 17 ] ). Такие трудности с наземной калибровкой в ​​сочетании с подозрениями на наземное загрязнение. [ 18 ] привели к необходимости внесения необъяснимых изменений в коэффициенты усиления детектора SW на уровне 8%, [ 19 ] просто для того, чтобы данные ERB выглядели несколько разумными для климатологии (обратите внимание, что CERES в настоящее время утверждает, что [ 14 ] абсолютная точность SW одна сигма 0,9%).

Калибровка в полете

[ редактировать ]

Пространственное разрешение CERES в надире (эквивалентный диаметр зоны обслуживания) составляет 10 км для CERES на спутниках TRMM и 20 км для CERES на Terra и Aqua спутниках . Возможно, большее значение для таких миссий, как CERES, имеет стабильность калибровки или способность отслеживать и разделять инструментальные изменения на основе земных данных, чтобы с уверенностью отслеживать истинные изменения климата. CERES, Бортовые источники калибровки предназначенные для достижения этой цели в каналах измерения отраженного солнечного света, включают солнечные рассеиватели и вольфрамовые лампы. Однако лампы имеют очень низкую мощность в важной ультрафиолетовой области длин волн, где деградация наиболее велика, и при наземных испытаниях было замечено, что их энергия дрейфует более чем на 1,4% без возможности контролировать их на орбите (Пристли и др. (2001) ) [ 20 ] ). Солнечные рассеиватели также сильно ухудшились на орбите, так что Пристли и др. объявили их непригодными для использования. (2011). [ 21 ] Для каналов Total и WN используется пара полостей черного тела , которыми можно управлять при разных температурах, но их стабильность не превышает 0,5% / десятилетие. [ 18 ] Наблюдения в холодном космосе и внутренняя калибровка выполняются во время обычного сканирования Земли.

Интеркалибровка

[ редактировать ]

Данные сравниваются между инструментами CERES на спутниках разных миссий, а также сопоставляются с эталонными данными сканирования сопутствующих спектрорадиометров (например, MODIS на Aqua). Запланированная миссия CLARREO Pathfinder направлена ​​на предоставление современного эталонного стандарта для нескольких существующих инструментов EOS, включая CERES. [ 14 ]

Исследование ежегодных изменений энергетического дисбаланса Земли (EEI), охватывающее 2005-2019 годы, показало хорошее согласие между наблюдениями CERES и EEI, полученными на основе измерений на месте поглощения тепла океаном плавучей сетью Argo. [ 22 ] Пара параллельных исследований, измеряющих глобальное поглощение тепла океаном, таяние льда и повышение уровня моря с помощью комбинации космической альтиметрии и гравиметрии, выявила аналогичные соглашения. [ 23 ] [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б Б. А. Велицкий; Харрисон, Эдвин Ф.; Сесс, Роберт Д.; Кинг, Майкл Д.; Рэндалл, Дэвид А.; и др. (1995). «Миссия на планету Земля: роль облаков и радиации в климате» . Бык. Являюсь. Метеорол. Соц . 76 (11): 2125–2152. Бибкод : 1995BAMS...76.2125W . doi : 10.1175/1520-0477(1995)076<2125:MTPERO>2.0.CO;2 .
  2. ^ Велицкий; и др. (1996). «Облака и система лучистой энергии Земли (CERES): эксперимент с системой наблюдения Земли» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 77 (5): 853–868. Бибкод : 1996BAMS...77..853W . doi : 10.1175/1520-0477(1996)077<0853:CATERE>2.0.CO;2 .
  3. ^ П. Миннис; и др. (сентябрь 2003 г.). «Извлечение свойств облака CERES из Imager на TRMM, Terra и Aqua» (PDF) . Материалы 10-го Международного симпозиума SPIE по дистанционному зондированию . Конференция по дистанционному зондированию облаков и атмосферы VII. Испания. стр. 37–48.
  4. ^ Баркстрем, Брюс Р. (1984). «Эксперимент по бюджету радиации Земли» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 65 (11): 1170–1186. Бибкод : 1984BAMS...65.1170B . doi : 10.1175/1520-0477(1984)065<1170:TERBE>2.0.CO;2 .
  5. ^ «Дистанционное зондирование поверхности и атмосферы: технологии, анализ и интерпретация данных. Международный». Симпозиум по геонаукам и дистанционному зондированию IGARSS '94 . 1994.
  6. НАСА, Облака и система лучистой энергии Земли (CERES) (по состоянию на 9 сентября 2014 г.)
  7. ^ «Объединенная полярная спутниковая система – График запусков» . www.jpss.noaa.gov . Архивировано из оригинала 19 января 2017 года . Проверено 23 января 2017 г.
  8. ^ Перейти обратно: а б «Объединенная полярная спутниковая система: миссия и инструменты» . НАСА . Проверено 14 ноября 2017 г.
  9. ^ «НАСА отменяет набор датчиков для наук о Земле для запуска в 2021 году» . НАСА.gov . 26 января 2018 г. Проверено 28 января 2018 г.
  10. ^ «НАСА выбирает новый инструмент для продолжения ключевого климатического рекорда» . НАСА . 26 февраля 2020 г. Проверено 19 октября 2023 г.
  11. ^ Дэниел Стрейн (27 февраля 2020 г.). «Космическая миссия стоимостью 130 миллионов долларов для мониторинга энергетического бюджета Земли» . CU Боулдер . Проверено 19 октября 2023 г.
  12. ^ Леб, штат Нью-Йорк; Като, Сейджи; Лукачин, Константин; Манало-Смит, Нативидад; и др. (2005). «Модели углового распределения для оценки потока радиации в верхней части атмосферы от облаков и прибора системы лучистой энергии Земли на спутнике Терра. Часть I: Методология» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 22 (4): 338–351. Бибкод : 2005JAtOT..22..338L . дои : 10.1175/JTECH1712.1 .
  13. ^ Перейти обратно: а б Леб, Норман Г.; Доеллинг, Дэвид Р.; Хайлан, Ван; Су, Вэньлин; и др. (15 января 2018 г.). «Облака и система лучистой энергии Земли (CERES). Энергетический сбалансированный и заполненный (EBAF) продукт для верхних слоев атмосферы (TOA) Edition-4.0» . Журнал климата . 31 (2): 895–918. Бибкод : 2018JCli...31..895L . дои : 10.1175/JCLI-D-17-0208.1 .
  14. ^ Перейти обратно: а б с Велицкий, Брюс А.; Янг, Д.Ф.; Млынчак, М.Г.; Том, К.Дж.; Лерой, С.; и др. (1 октября 2013 г.). «Достижение абсолютной точности изменения климата на орбите» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 94 (10): 1519–1539. Бибкод : 2013BAMS...94.1519W . дои : 10.1175/BAMS-D-12-00149.1 .
  15. ^ Тренберт, Кевин Э; Ченг, Лицзин (01 сентября 2022 г.). «Взгляд на изменение климата с учетом энергетического дисбаланса Земли» . Экологические исследования: Климат . 1 (1): 013001. doi : 10.1088/2752-5295/ac6f74 . ISSN   2752-5295 .
  16. ^ М. Фолкман и др., «Калибровка коротковолнового эталонного стандарта путем переноса со стандарта черного тела с использованием криогенного радиометра с активным резонатором», Симпозиум IEEE Geoscience and Remote Sensing, стр. 2298–2300, 1994.
  17. ^ Пристли, Кори; и др. (5 августа 2014 г.). «Разговор о ЦЕРЕРЕ КАЛКОН» .
  18. ^ Перейти обратно: а б Мэтьюз (2009). «Оценка спектральных характеристик в полете и оценка стабильности калибровки облаков и системы лучистой энергии Земли (CERES)» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 28 (1): 3. Бибкод : 2011JAtOT..28....3P . дои : 10.1175/2010JTECHA1521.1 .
  19. ^ Пристли, Кори (1 июля 2002 г.). «CERES получает изменения» . Архивировано из оригинала 12 декабря 2016 года . Проверено 8 декабря 2017 г.
  20. ^ Пристли; и др. (2001). «Радиометрическая проверка после запуска прототипа полетной модели облаков и системы лучистой энергии Земли (CERES) на космическом корабле миссии по измерению тропических осадков (TRMM) до 1999 года» . Журнал прикладной метеорологии . 39 (12): 2249. Бибкод : 2000JApMe..39.2249P . doi : 10.1175/1520-0450(2001)040<2249:PRVOTC>2.0.CO;2 .
  21. ^ Пристли; и др. (2011). «Радиометрические характеристики датчиков записи климата радиационного баланса Земли CERES на космических кораблях EOS Aqua и Terra до апреля 2007 г.» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 28 (1): 3. Бибкод : 2011JAtOT..28....3P . дои : 10.1175/2010JTECHA1521.1 .
  22. ^ Леб, Норман Г.; Джонсон, Грегори К.; Торсен, Тайлер Дж.; Лайман, Джон М.; и др. (15 июня 2021 г.). «Данные спутников и океана показывают заметное увеличение скорости нагрева Земли» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (13). Бибкод : 2021GeoRL..4893047L . дои : 10.1029/2021GL093047 .
  23. ^ Марти, Флоренция; Блазкес, Алехандро; Мейсиньяк, Бенуа; Аблен, Михаэль; Барну, Энн; и др. (2021). «Мониторинг изменения теплосодержания океана и энергетического дисбаланса Земли по данным космической альтиметрии и космической гравиметрии» . Данные науки о системе Земли . дои : 10.5194/essd-2021-220 .
  24. ^ Хакуба, МЗ; Фредерикс, Т.; Ландерер, ФРВ (28 августа 2021 г.). «Энергетический дисбаланс Земли с точки зрения океана (2005–2019)» . Письма о геофизических исследованиях . 48 (16). Бибкод : 2021GeoRL..4893624H . дои : 10.1029/2021GL093624 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 05f3738c7bdcddcc672daacb35746ca0__1714228920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/05/a0/05f3738c7bdcddcc672daacb35746ca0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Clouds and the Earth's Radiant Energy System - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)