Войти
Бюджет геостационарной радиации Земли (GERB) - это прибор на борту EUMETSAT Meteosat второго поколения геостационарных спутников, предназначенный для точных измерений Радиационный бюджет Земли.
Рис. 1. Инструмент GERB. Он был произведен европейским консорциумом, состоящим из Соединенного Королевства, Бельгии и Италии. Первый, известный как GERB 2, был запущен 28 августа 2002 года на ракете Ariane 5. Второе, GERB 1, было запущено 21 декабря 2005 года, а третье, GERB3, 5 июля 2012 года. Последнее устройство GERB 4 было запущено 14 июля 2015 года. Первое запущенное устройство GERB 2 на MSG 1 в настоящее время расположено на Индийский океан на 41,5 ° в.д., тогда как GERB 1 и 3 на MSG 2 и 3 по-прежнему расположены над стандартным положением Africa EUMETSAT. GERB 4 на MSG еще не запущен.
Неизвестные данные об измерении и прогнозировании изменений климата Земли
Беспрецедентная скорость увеличения концентрации CO. 2 в атмосфере, происходящая после промышленной революции из-за деятельности человека, вызывает большую озабоченность у ученых, поскольку это произошло на порядок быстрее, чем когда-либо испытывала планета Земля. Климатические модели, описанные как Модели глобальной циркуляции (GCM), в настоящее время являются средством исследования и попытки предсказать, как Земля климат изменится в ответ на такую беспрецедентную скорость изменения.
Рис. 2. Временные и пространственные масштабы воздействия климата и облаков. Такие компьютерные модели в значительной степени согласуются со многими предсказаниями о том, как климат будет «вынужден» перейти в другое состояние такими изменениями. но по-прежнему существует много разногласий, в частности, как такое принуждение также приведет к «в системе». Например, увеличение CO. 2 увеличит парниковый эффект, что приведет к более теплой атмосфере и большему таянию арктических льдов. Однако известно, что более теплая атмосфера может, например, содержать большее количество водяного пара при той же относительной влажности, а таяние сильно отражающего белого арктического льда подвергнет открытый океан солнечному свету. Поскольку водяной пар сам по себе является очень сильным парниковым газом, а темный Северный Ледовитый океан будет поглощать больше солнечного света, чем сильно отраженный плавучий лед, оба эти явления достаточно хорошо понимаются как положительные обратные связи, которые будут способствовать ускорению темпов глобального потепления. Возможно, наименее понятный аспект изменения климата связан с облаками и тем, как они могут измениться в ответ на прямое атмосферное потепление из-за увеличения CO. 2. Эти эффекты, вместе называемые «радиационным воздействием облаков» (CRF) и «обратной связью», еще не изучены до того уровня, на котором можно с уверенностью предсказать, будут ли их возможные обратные связи в целом положительными и ускорять или отрицательными и замедлять глобальное потепление. Действия земной погодно-климатической системы - это, по сути, работа, выполняемая тепловым двигателем глобального масштаба, тепло в который поступает от всей поглощенной солнечной энергии, а тепло отводится от теплового инфракрасного излучения обратно в космос. Эти два радиационных потока называются коротковолновыми (SW для солнечного) и длинноволновыми (LW для ИК) компонентами в так называемом бюджете излучения Земли (ERB, естественно, тепло требует измерения отраженного SW и вычитается из необходимого входящего солнечного потока). Следовательно, облака, естественно, оказывают огромное влияние на ERB из-за их высокой отражательной способности солнечной СВ и сильного поглощения исходящих тепловых ДВ. В глобальном масштабе потоки ERB могут быть измерены только с орбиты и собираются с 1970-х годов миссиями из США и Европы, наиболее широко с 1998 года инструментами НАСА (CERES) на низкой околоземной орбите. Однако такие орбитальные платформы видят каждую точку Земли не более двух раз в день, в то время как формирование облаков и модуляция ERB происходят в масштабе времени в минутах (см. Рисунок 1). Следовательно, хотя такие низкоорбитальные измерения жизненно важны для отслеживания глобальных изменений в ERB, такие низкоорбитальные измерения нельзя напрямую использовать для проверки компьютерного моделирования изменений в формировании и рассеивании конвективных облаков в прямом ответе на неизбежное потепление поверхности из-за увеличения CO. 2 и т. Этот недостаток в системе наблюдения Земли Европейский консорциум между Великобританией, Бельгией и Италией приступил к проекту Геостационарного радиационного бюджета Земли (GERB) с намерением разместить высокоточный радиометр ERB на борту спутника Meteosat второго поколения (MSG) платформы со стабилизированным вращением.
Устройство и калибровка GERB
Проект GERB возглавляется Группой по космосу и атмосфере (SPAT), базирующейся в Имперском колледже Великобритании, с профессором Джоном. Э. Харрис был первым главным исследователем, а теперь его сменила д-р Хелен Бриндли.
Рис.3 Центр исследования Земли (EOCF) Сами устройства были сконструированы Лабораторией Резерфорда Эпплтона с использованием итальянского 3 зеркальный серебряный телескоп и электроника, разработанные Центром космических наук в Университете Лестера Великобритания.
Рис.4 Устройство GERB. Каждое из четырех завершенных устройств GERB прошло обширную наземную радиометрическую калибровку в Вакуумная калибровочная камера (VCC) в Центре наблюдения и определения характеристик Земли (EOCF), а также в Имперском колледже, спроектирована Рэем Ригли. Такие тесты включали подтверждение линейности, определение радиометрического усиления LW с использованием теплых и холодных черных тел (WBB и CBB), определение усиления SW с использованием лампы видимого источника калибровки (VISCS) и выборочные проверки спектрального отклика на уровне системы.
В каждом устройстве GERB используется линейный массив почерневших детекторов на термобатареях производства Honeywell, которые смотрят на Землю при каждом вращении платформы MSG на 100 об / мин, используя зеркало De-Scan Mirror (DSM). Следовательно, столбец диска Земли берется при каждом обороте, позволяя 250x256 отсчетов всего канала, за которыми следуют 250x256 отсчетов SW с кварцевым фильтром каждые 5 минут (т.е. относительная фаза вращения DSM и MSG немного смещается при каждом вращении, см. Рис..4 внизу справа). Следовательно, при каждом повороте детекторы также видят внутреннее черное тело (IBB) и монитор калибровки (CalMon), чтобы обеспечить непрерывное обновление изменений усиления LW и SW. Его размещение на окраине прядильной платформы MSG шириной 3 метра потребовало строгой конструкции устройства GERB, чтобы выдерживать постоянную центробежную силу 16 g, которой оно подвергается при вращении DSM.
Каждые 15 минут после 3 полных массивов Total и SW 250x256 земного диска получается синтетический результат LW из средней разницы между ними. Такие результаты ERB затем объединяются с улучшением разрешения и извлечением из облака с помощью Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager (SEVIRI), также на платформе MSG. Комбинация GERB и SEVIRI посредством синергии данных также потребовала подробного картирования каждого из 256 GERB детектора / поля зрения поля зрения телескопа или функции разброса точки (PSF, см. Matthews (2004)). Это было сделано с помощью компьютера с гелий-неоновым лазером, который контролировал отображение каждого из 256 откликов термобатарей после того, как они были покрыты чернением золота. Полную информацию о наземной калибровке GERB можно получить у Matthews (2003). Спектральный отклик или мера относительного поглощения на разных длинах волн света для каждого детектора GERB требуется для процесса не-фильтрации исходного сигнала каждой термобатареи. При этом используются модели переноса излучения для оценки спектральной формы яркости конкретной сцены для оценки коэффициента отсутствия фильтрации или фактора, необходимого для учета неоднородной спектральной характеристики. Для каждого устройства GERB это зависит от умножения лабораторных измерений на уровне единицы детектора, телескопа, DSM и спектральной пропускной способности / поглощения кварцевого фильтра. Точность результатов SW GERB напрямую зависит от качества таких измерений, так как усиление SW определяется с помощью лампы VISCS, спектр которой значительно смещен в длинноволновую область по сравнению со спектром Солнца. Такая точность GERB в настоящее время оценивается примерно в 2% по исх. Такое снятие фильтрации выполняется Королевским метеорологическим институтом Бельгии (RMIB) наряду с синергизмом с данными SEVIRI и преобразованием яркости в яркость с использованием моделей угловой зависимости (ADM).
Калибровка GERB в полете
Как показано на рисунке 4, для каждого из 100 оборотов в минуту каждый детектор GERB получает сканирование как внутреннего черного тела (IBB), так и солнечного диффузора CalMon.
Рис.5 Сканирование ПО GERB и полного канала Луны Прирост в единицах измерения на WmSr и смещения каждого пикселя термобатареи регулярно обновляются на основе известной температуры IBB и отличия его сигнала от этого. Earthview. Первоначальное намерение состояло в том, чтобы использовать представления CalMon из алюминиевого солнечного диффузора для отслеживания изменений в пропускной способности устройства GERB по солнечным фотонам (см. Уравнения, разработанные Дж. Мюллером). Однако солнечные диффузоры в полете и их пропускание солнечного света на орбите резко меняются, так что НАСА сочло диффузоры на CERES непригодными для использования. Кроме того, интегрирующая сферическая природа CalMon означает, что солнечные фотоны, вероятно, будут подвергаться множеству отражений от алюминия на пути к телескопу GERB, что, вероятно, значительно снизит энергию на 830 нм в отражательной способности алюминия на неизвестную величину. Возможные альтернативы для отслеживания изменений в солнечной реакции устройства GERB включают сравнение с другими устройствами ERB, такими как предлагаемый прибор NASA CLARREO, или, возможно, другие широкополосные устройства, предполагающие, что их калибровка позже будет подтверждена. Другой возможностью является использование видов Луны, которые используются в проекте SeaWIFS, для обеспечения стабильности результатов по Земле (см. Рис.5).
Данные GERB
Данные GERB доступны на сайте Лаборатории Резерфорда Эпплтона GGSPS ниже, как показано на анимации рисунка 6, на которой показано полное SW, отраженное земным диском (слева) и исходящее LW ( верно).
Рис.6 GERB 2 на потоках SW и LW MSG1. На этой анимации показаны потоки SW и LW GERB за 24 часа, что позволит климатологам проверить, как GCM моделируют образование и рассеяние облаков, а также их влияние на ERB.
GERB-SEVIRI Synergy
Поскольку потоки ERB от инструментов CERES связаны с извлечениями облака имидж-сканера MODIS, всегда было намерение связать Измерения SW и LW GERB с результатами первичного устройства Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager () на платформах MSG. В дополнение к извлечению облаков / аэрозолей с помощью узкополосного прибора SEVIRI, данные имидж-сканера с высоким пространственным разрешением сочетаются с точностью GERB для повышения разрешения потоков, управляющих климатом, для более точной оценки моделирования климатической модели образования / рассеяния облаков и определения как они могут ускорить или замедлить изменение климата. Сияние SEVIRI также используется в процессе отмены фильтрации GERB, чтобы помочь оценить спектральную форму просматриваемой сцены.
Доступ к данным
В дополнение к сайту загрузки Rutherford GGSPS в Центре анализа экологических данных (CEDA) настраивается новый концентратор доступа, который также указан в URL-адресах ниже позволит получить доступ к файлам GERB.
