Кіріспе

NASA спутниктік климаттық деректер құралдары

Бұлттар және Жердің сәулелі энергия жүйесі (CERES) – Жер орбитасынан жүргізіліп жатқан NASA-ның климаттық эксперименті. CERES – бұл ғылыми спутниктік құралдар, NASA-ның Жерді бақылау жүйесінің (EOS) бір бөлігі, атмосфераның жоғарғы жағынан (TOA) Жер бетіне дейінгі күн сәулесінің шағылысуын және Жерден шығатын сәулеленуді өлшеуге арналған. Бұлттардың қасиеттері басқа EOS құралдарымен, мысалы, орташа ажыратымды бейнелеу спектрорадиометрі (MODIS) арқылы жасалатын бір мезгілдегі өлшемдерді пайдалану арқылы анықталады. CERES және Жердің сәулелену бюджетінің эксперименті (ERBE) сияқты басқа да NASA миссияларының нәтижелері Жердің энергия теңгерімсіздігін (EEI) дерлік нақты уақытпен қадағалауға және бұлттардың жаһандық климат өзгеруіндегі рөлін жақсырақ түсінуге көмектеседі.

Бірінші ұшыру

Бірінші CERES құралының протофлигт модулі (PFM) 1997 жылдың қараша айында Жапониядан NASA-ның тропикалық жаңбырларды өлшеу миссиясы (TRMM) аясында ұшырылды. Бірақ, бұл құрал борттағы тізбектегі ақаулықтан кейін 8 айдан соң жұмыс істеуін тоқтатты.

CERES EOS және JPSS миссиясы спутниктерінде

Жерді бақылау жүйесі мен бірлескен полярлық спутниктік жүйеде қосымша алты CERES құралы ұшырылды. 1999 жылдың желтоқсанында ұшырылған Terra спутнигі екі құралды (ұшу модулі 1 (FM1) және FM2), ал 2002 жылдың мамырында ұшырылған Aqua спутнигі тағы екеуін (FM3 және FM4) алып жүрді. 2011 жылдың қазан айында Suomi NPP спутнигінде бесінші құрал (FM5) және 2017 жылдың қарашасында NOAA 20 спутнигінде алтыншы құрал (FM6) ұшырылды. TRMM спутнигіндегі PFM құралының бұзылуы және 2005 жылы Aqua спутнигіндегі FM4 құралының SW каналының жоғалуына байланысты, 2017 жылға қарай CERES ұшу модульдерінің бесеуі толыққанды түрде жұмыс істеп тұр.

Сәулелену бюджетінің құралдары

CERES аспаптарының өлшеулері 2021 жылы 2-ші бірлескен полярлық спутниктік жүйесінде (JPSS 2) ұшырылатын Радиациялық бюджет аспабы (RBI) арқылы, сондай-ақ 2026 жылы JPSS 3 және 2031 жылы JPSS 4 спутниктерінде одан әрі жетілдіріледі.

Либера

НАСА 2020 жылдың ақпан айында Libera құралын 2027 жылдың соңына дейін JPSS 3 спутнигімен бірге ұшыруға таңдағанын хабарлады. Libera деректерді үздіксіз жеткізуді және жаңа мүмкіндіктерді қамтамасыз етуге арналған. LASP – бұл құралды дамылған негізгі ұйым.

Жұмыс режимдері

CERES үш сканерлеу режимінде жұмыс істейді: спутниктің жер бетінен өтетін жолына перпендикуляр (тік), спутниктің жер бетінен өтетін жолының бағыты бойынша (бойлық) және айналмалы азимут жазықтығында (RAP). RAP режимінде радиометрлер азимут бойынша айналғанда биіктік бойынша сканерлейді, осылайша кең көру бұрыштарынан сәулелену өлшемдерін алады. 2005 жылдың ақпанына дейін Terra және Aqua спутниктерінде CERES құралдарының бірі тік режимде, ал екіншісі RAP немесе бойлық режимде сканерленді. RAP сканерлеу режимінде жұмыс істейтін құрал әр айда екі күн бойы бойлық деректерді жинады. Дегенмен, көп бұрышты CERES деректері қарастырылатын көріністің анизотропиясын ескеретін жаңа модельдерді жасауға және TOA сәулелену ағынын жоғары дәлдікпен алуға мүмкіндік берді. Барлық CERES құралдары Күнмен синхронды орбитада орналасқан. 60° оңтүстік және 60° солтүстік ендік арасындағы салыстырмалы геостационарлық деректер «салмақталған және толықтырылған» деректер өнімдерінің ішінде радиациялық бюджеттің тәуліктік толық суретін беру және CERES бақылаулары арасындағы бұлт өзгерістерін ескеру үшін қолданылады.

Калибрлеу әдістері

CERES құралдары өлшеудің тұрақтылығы мен дәлдігін жақсарту үшін жасалған, бірақ уақыт өте келе абсолюттік дәлдікті қамтамасыз ету және сақтау үнемі туындайтын қиындық болып қалатыны белгілі болды. Осының салдарынан, CERES деректерінің маңызды шектеуі – EEI-ді ARGO деректерінің бірнеше жылдық мәніне сәйкес келетін белгілі бір уақыттағы мәнге байланыстыру болды, бұл тек куәгерлік үлгілеріне негізделген (Priestley et al. (2014) еңбегінің 9-слайдына қараңыз). Жердегі калибрлеудегі осындай қиындықтар, сондай-ақ жердегі ластану оқиғаларының болуы климат ғылымы үшін ERB деректерін белгілі бір деңгейде сенімді етуге бағытталған. (Айта кетейік, CERES қазіргі таңдағы бір сигмалы SW абсолюттік дәлдігі 0,9% құрайды).

Ұшу кезінде калибрлеу

CERES-тің жердің тік төменгі нүктесіндегі кеңістіктік ажыратымдылығы (аяқ іздің эквиваленттік диаметрі) TRMM-дегі CERES үшін 10 км, ал Terra және Aqua спутниктеріндегі CERES үшін 20 км құрайды. CERES сияқты миссиялар үшін калибрлеудің тұрақтылығы, яғни Жер деректерінен аспаптық өзгерістерді анықтап, бөліп алу қабілеті, бұл климаттың нақты өзгерісін сенімді түрде қадағалау үшін одан да маңызды болуы мүмкін. CERES-тегі бортындағы калибрлеу көздері, күн сәулесін өлшейтін арналар үшін осы мақсатқа жетуге бағытталған, оларға күн диффузерлері мен вольфрам шамдары кіреді. Алайда, шамдардың ультракүлгін толқын ұзындығының маңызды аймағында, ең көп деградация болатын жерде, шығысы өте төмен, және орбитада оларды бақылау мүмкіндігі болмай, жердегі сынақтарда олардың энергиясы 1,4%-дан астам ауытқулар көрсеткен (Priestley et al., 2001). Күн диффузерлері де орбитада күрт деградацияға ұшырады, сондықтан Priestley et al. (2011) оларды қолдануға жарамсыз деп жариялады. Тоталь және WN арналары үшін әртүрлі температураларда басқарылатын екі қара дене қуысы қолданылады, бірақ олардың 0,5%/онжылдықтан жақсы тұрақтылығы дәлелденген жоқ. Жерді сканерлеу кезінде суық кеңістіктегі бақылаулар мен ішкі калибрлеу жүргізіледі.

Интеркалибрациялау

Деректер әртүрлі миссиялық спутниктердегі CERES құралдарымен салыстырылады, сондай-ақ ілесуші спектрлі радиометрлерден алынған сканерлік деректермен (мысалы, Aqua-дағы MODIS) салыстырылады. Жоспарланған CLARREO Pathfinder миссиясы CERES-ті қоса алғанда, бірнеше қолданыстағы EOS құралдары үшін заманауи эталондық стандартты ұсынуды мақсат етеді. Ғаламдық мұхиттың жылуды сіңіруін, мұздың еруін және теңіз деңгейінің көтерілуін ғарыштық биіктік өлшеу және гравиметрияның біріктірілген әдісімен өлшеген бірдей жүргізілген зерттеулер ұқсас нәтижелер көрсетті.