МОПИТ
MOPITT ( Измерение загрязнения тропосферы ) — это действующий астрономический инструмент на борту спутника НАСА « Терра» , который измеряет глобальные в тропосфере уровни угарного газа . Он является частью системы наблюдения за Землей НАСА (EOS) и в сочетании с другими дистанционными датчиками полезной нагрузки на спутнике Терра позволяет космическому кораблю следить за окружающей средой Земли и изменениями климата. После постройки в Канаде MOPITT был запущен на орбиту Земли в 1999 году и использует газовую корреляционную спектроскопию для измерения присутствия различных газов в тропосфере. Основные операции происходят в его оптической системе, состоящей из двух оптических столов, на которых находится основная часть аппарата. Результаты MOPITT позволяют ученым лучше понять воздействие угарного газа в глобальном масштабе, и на основе измерений MOPITT были проведены различные исследования. [1] [2] [3]
Фон
[ редактировать ]Национальный исследовательский совет Канады основал проект MOPITT по его первоначальному предложению в 1989 году. После создания Канадского космического агентства (CSA) MOPITT перешел в состав агентства, где получил финансовую поддержку от Отдела космической науки CSA. Он был успешно запущен с базы ВВС Ванденберг 18 декабря 1999 года, а научные измерения начались в марте 2000 года. Перед его запуском единственный существующий глобальный набор данных по угарному газу был измерен прибором MAPS на борту космических челноков. MOPITT — первый инструмент для измерения глобальных концентраций и колебаний угарного газа. Это часть серии из пяти полезных нагрузок на спутнике Терра, который наблюдает за глобальными изменениями окружающей среды: [1] [4]
- ASTER (Усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения)
- ЦЕРЕС (Облака и лучистая энергетическая система Земли)
- MISR (многоугольный спектрорадиометр)
- MODIS (спектрорадиометр для получения изображений среднего разрешения)
- MOPITT (Измерения загрязнения тропосферы) [5]
Несмотря на первоначальный пятилетний план, спутник продолжал работать более 20 лет, и исследователи ожидают, что все пять этих инструментов сохранят свою функциональность и будут передавать информацию и данные после 2026 года. [5] [6]
Технология
[ редактировать ]Методология прибора
[ редактировать ]MOPITT — это прибор, звучащий в надире (направленный вертикально вниз), который измеряет восходящее инфракрасное излучение и использует корреляционную спектроскопию (сравнение длин волн или поглощения между известным и неизвестным образцом) для измерения концентрации окиси углерода. По сути, MOPITT использует угарный газ в качестве оптического фильтра для измерения сигнала того же газа в тропосфере. Датчик количественно измеряет излучение , излучаемое и отраженное от Земли, в трех спектральных диапазонах :
- Каналы 4,7 мкм называются тепловыми каналами угарного газа, поскольку сигналы возникают в результате теплового излучения с поверхности Земли и атмосферы.
- Каналы диаметром 2,3 мкм называются солнечными каналами окиси углерода, поскольку они поглощают доминирующий сигнал отраженного солнечного света.
- Каналы 2,2 мкм относятся к метановым солнечным каналам, поскольку отраженный солнечный свет является основным сигналом, аналогично каналам 2,3 мкм. [6]
Эти каналы поглощают разное количество энергии, что приводит к различиям в результирующих сигналах, которые коррелируют со спектральным образцом окиси углерода. Для дальнейшего анализа уровней угарного газа MOPITT регулирует длину пути или давление газа в пробе газа, вызывая изменение частоты этих спектральных линий , что дает разницу и среднее пропускание. Разница указывает на измеряемые газы, тогда как средний сигнал указывает на общее излучение за вычетом исходного измеренного газа. [2]
Пространственное разрешение MOPITT составляет 22 км по горизонтали и около 5 км по вертикали, и он сканирует Землю на обширной территории шириной 640 км. Профили измерения угарного газа создаются за счет восходящего теплового излучения при поглощении 4,6 мкм. MOPITT может просматривать различные слои тропосферы с помощью различных модулированных ячеек: ячейки с модуляцией давления (PMC) используются для наблюдения за верхними слоями, тогда как ячейки с модуляцией по длине (LMC) могут просматривать нижние слои тропосферы. [7]
Описание прибора
[ редактировать ]В основе MOPITT лежит оптическая система, состоящая из двух идентичных «зеркальных» оптических таблиц , которые включают в себя калибровочные источники, сканирующие зеркала, прерыватели , LMC, PMC, модуляторы и сборки охладителя Дьюара , содержащие холодную оптику, а также тепловые и солнечные устройства. детекторы. Пара охладителей цикла Стирлинга с низкой вибрацией охлаждает дьюар. Значительные тепловыделяющие элементы, такие как кулер, намеренно размещены на охлаждающей пластине, а рядом с ней размещены и другие важные электронные компоненты. Холодная пластина, расположенная под опорной плитой MOPITT, обеспечивает стабильную тепловую среду для прибора. Он использует капиллярное действие с аммиаком в качестве рабочей жидкости . [6] [7]
В двух упомянутых выше оптических системах восемь каналов измеряют окись углерода или метан. Каналы первый, второй, третий, пятый, шестой и седьмой посвящены угарному газу. Шесть каналов для окиси углерода различаются по клеточному давлению от 25 до 800 мб, а длина их ячеек колеблется от 2 до 10 мм. Их центральная длина волны также различается в зависимости от канала, а типы модуляторов — LMC или PMC. Напротив, четвертый и восьмой каналы измеряют метан, и их единственное отличие заключается в том, что используются разные LMC. Все каналы работают при 300 К. [8]
Приложения
[ редактировать ]До публикации MOPITT данные по угарному газу были ограничены. Благодаря комплексным измерениям угарного газа, проведенным MOPITT за последние два десятилетия, ученые лучше подготовлены к прогнозированию потенциальных последствий загрязнения угарным газом. Его приложения включают в себя:
- Лучшее понимание увеличения концентрации озона в тропосфере позволяет ученым применять промежуточные методы загрязнения.
- Оценка методов борьбы с загрязнением, таких как стандарты сокращения автомобильных выбросов.
- Анализ загрязнения окружающей среды под влиянием деятельности человека
- Создание карт переноса загрязнений, например, направления выбросов угарного газа после крупных пожаров.
- Подтверждение недавно разработанных климатических моделей , отображающих районы, производящие или сокращающие выбросы окиси углерода. [5] [9]
Исследования
[ редактировать ]Было завершено множество исследований с использованием данных MOPITT. Среди примечательных из них:
- Анализ изменений вертикальной структуры монооксида углерода, вызванных азиатскими летними муссонами [10]
- Исследование сезонной климатологии окиси углерода в Северном полушарии. [11]
- Наблюдение больших горизонтальных градиентов окиси углерода в синоптическом масштабе [12]
- Исследование изменчивости угарного газа в Южном полушарии. [13]
- Наблюдение повышенного уровня угарного газа над горами Загрос в Иране. [14]
- Обнаружение и анализ выбросов угарного газа в городах и городских районах для демонстрации растущего загрязнения угарным газом. [15]
- Разбивка тенденций содержания монооксида углерода в различных регионах [16]
Только в 2022 году более 250 исследований использовали измерения MOPITT. [6]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Измерения загрязнения в тропосфере (MOPITT) | Наблюдения и моделирование химии атмосферы» . www2.acom.ucar.edu . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Том, Куртис. «МОПИТТ | Терра» . terra.nasa.gov . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ «Терра (спутник)» , Arc.Ask3.Ru , 18 сентября 2023 г. , получено 24 октября 2023 г.
- ^ «ASDC | MOP03JM_8» . asdc.larc.nasa.gov . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с SCMO, Бюллетень КМОП (21 декабря 2019 г.). «MOPITT — 20 лет измерения загрязнения атмосферы — Бюллетень КМОП» . БЮЛЛЕТЕНЬ КМОП SCMO . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Измерения загрязнения тропосферы» . mopitt.физика.utoronto.ca . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Драммонд, Джеймс Р.; Бейли, Пол Л.; Брассер, Гай; Дэвис, Гэри Р.; Гилле, Джон К.; Пескетт, Гай Д.; Райхл, Генри К.; Руле, Н.; Манд, Гурприт С.; Макконнелл, Джек К. (1 октября 1999 г.). Раннее планирование миссии для инструмента MOPITT . Международный симпозиум SPIE по оптической науке, технике и приборостроению. Том. 3756. стр. 396–402. Бибкод : 1999SPIE.3756..396D . дои : 10.1117/12.366395 .
- ^ «Концепции приборов | Наблюдения и моделирование химии атмосферы» . www2.acom.ucar.edu . Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ Агентство Canadian Space (12 марта 2007 г.). «Измерение загрязняющих веществ в атмосфере» . Канадское космическое агентство . Проверено 24 октября 2023 г.
- ^ Кар, Джаянта; Бремер, Хольгер; Драммонд, Джеймс Р.; Рошон, Ив Ж.; Джонс, Дилан, Б.А.; Никитиу, Флориан; Цзоу, Джейсон; Лю, Джейн; Гилле, Джон К.; Эдвардс, Дэвид П.; Дитер, Мерритт Н.; Фрэнсис, Джин; Зискин, Дэн; Уорнер, Джуинг (16 декабря 2004 г.). «Свидетельства вертикального переноса окиси углерода на основе измерений загрязнения тропосферы (MOPITT)» . Письма о геофизических исследованиях . 31 (23). Бибкод : 2004GeoRL..3123105K . дои : 10.1029/2004GL021128 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Эдвардс, ДП; Эммонс, ЛК; Хоглустейн, Д.А.; Чу, Д.А.; Гилле, JC; Кауфман, Ю.Дж.; Петрон, Г.; Юрганов Л.Н.; Джильо, Л.; Дитер, Миннесота; Юдин В.; Зискин, округ Колумбия; Уорнер, Дж.; Ламарк, Ж.-Ф.; Фрэнсис, GL (27 декабря 2004 г.). «Наблюдения за угарным газом и аэрозолями со спутника Терра: изменчивость Северного полушария» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 109 (Д24). Бибкод : 2004JGRD..10924202E . дои : 10.1029/2004JD004727 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Лю, Дж.; Драммонд-младший; Джонс, DBA; Цао, З.; Бремер, Х.; Кар, Дж.; Цзоу, Дж.; Никитиу, Ф.; Гилле, Джей Си (27 января 2006 г.). «Большие горизонтальные градиенты содержания CO в атмосфере в синоптическом масштабе, как видно из космических измерений загрязнения тропосферы» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 111 (Д2). Бибкод : 2006JGRD..111.2306L . дои : 10.1029/2005JD006076 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Эдвардс, ДП; Петрон, Г.; Новелли, ПК; Эммонс, ЛК; Гилле, JC; Драммонд, младший (27 августа 2006 г.). «Межгодовая изменчивость окиси углерода в Южном полушарии, наблюдаемая Terra/Measurement of Pollution in the TropSphere (MOPITT)» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 111 (Д16). Бибкод : 2006JGRD..11116303E . дои : 10.1029/2006JD007079 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Кар, Джаянта; Драммонд, Джеймс Р.; Джонс, Дилан, Б.А.; Лю, Джейн; Никитиу, Флориан; Цзоу, Джейсон; Гилле, Джон К.; Эдвардс, Дэвид П.; Дитер, Мерритт Н. (август 2006 г.). «Максимум угарного газа (CO) над горами Загрос на Ближнем Востоке: признак горного выброса?» . Письма о геофизических исследованиях . 33 (15). Бибкод : 2006GeoRL..3315819K . дои : 10.1029/2006GL026231 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Клербо, Кэти; Эдвардс, Дэвид П.; Дитер, Мерритт; Эммонс, Луиза; Ламарк, Жан-Франсуа; Галстук, Сюэ Си; Мэсси, Стив Т.; Гилле, Джон (февраль 2008 г.). «Загрязнение угарным газом городов и городских территорий, наблюдаемое миссией Terra/MOPITT» . Письма о геофизических исследованиях . 35 (3). Бибкод : 2008GeoRL..35.3817C . дои : 10.1029/2007GL032300 . ISSN 0094-8276 .
- ^ Геделиус, Джейкоб К.; Тун, Джеффри К.; Бухгольц, Ребекка Р.; Ираси, Лаура Т.; Подольске, Джеймс Р.; Роул, Колин М.; Веннберг, Пол О.; Уорден, Хелен М.; Вунч, Дебра (16 марта 2021 г.). «Тенденции и аномалии выбросов CO в регионах и городах, наблюдавшиеся MOPITT за 16 лет» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 126 (5). Бибкод : 2021JGRD..12633967H . дои : 10.1029/2020JD033967 . ISSN 2169-897X .