Японское аэрокосмическое агентство (JAXA) бросает вызов глобальному потеплению

28 февраля 2014 года в 3.37 утра ракета-носитель H-IIA выпустила огромный огненный шар.Все присутствующие при запуске, в том числе инженеры НАСА, учёные и жители острова, приветствовали возгорание двигателя.

Глобальное потепление
|

Яркая белая вспышка медленно начала подниматься вверх в темноте, скорость её возрастала по мере набора высоты H-IIA.

Вспышка стала большим ярким пятном и продолжала подъём. На 108 секунде после запуска три боковых ускорителя отделились и отошли от центрального пятна главного двигателя. Ночь была тёмная, с бесчисленными звёздами в небе.

Яркое пятно становилось всё меньше и меньше, пока через 10 минут после старта его уже было трудно отличить от звёзд. Таков был блистательный запуск основного спутника глобального измерения осадков (GPM).

Посол США г-жа Кэролайн Кеннеди выступила со специальным заявлением для прессы, сообщив, что её отец, президент США Джон Ф. Кеннеди, считал, что космическое пространство обладает потенциалом, способным улучшить жизнь людей. Спутник GPM является результатом 40-летнего сотрудничества между США и Японией.

Запуск основной метеорологической станции GPM с космодрома Танегасима ракетой-носителем H-IIA № 23 в 3.37 утра на 28 февраля 2014 (JST, Японское поясное время)

 Действительно, США и Япония имеют длинный послужной список совместных действий по вопросам исследований космического пространства ещё задолго до создания GPM. Спутник для измерения количества осадков в тропиках (TRMM) – первый американо-японский проект по совместным разработкам в области наблюдения за поверхностью Земли – был запущен в 1997 году для контроля количества осадков в тропиках. По просьбе японской стороны наклонение орбиты спутника TRMM было увеличено до 35 градусов для фронтального покрытия сезона дождей в Японии.

Приоритеты GEOSS и Японии

Япония оказывает содействие глобальной системе наблюдения за планетой Земля (GEOSS). Премьер-министр Японии Дзюнитиро Коидзуми внёс предложение по GEOSS на саммите G8 в Эвиане в 2003 году. На 2-м саммите по наблюдению за поверхностью Земли (EOS II) в Токио в апреле 2004 года он заявил, что Япония будет гармонизировать экономику и окружающую среду в ходе наблюдений за поверхностью Земли. В мае 2005 года в Брюсселе на EOS-III были согласованы 10-летний план реализации программы GEOSS и создание межправительственной группы по наблюдениям за поверхностью Земли (GEO).  

На пленарном заседании GEO Япония объявила, что будет способствовать развитию GEOSS, главным образом по трём аспектам социальных благ (SBAs): катастрофы, климат и вода. Японский комитет по стимулированию наблюдений за поверхностью Земли опубликовал доклад в 2005 году, определяющий амбициозную программу Японии в рамках наблюдения со спутника за поверхностью Земли, в которую вошли: TRMM (спутник для измерения количества осадков в тропиках) и GPM (спутника глобального измерения осадков); глобальные системы связи GCOM-W / GCOM-C и EarthCARE для определения изменения климата и водных ресурсов; и GOSAT и его последующая модель – спутник для наблюдения за глобальным потеплением климата. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) воплощает в жизнь эту программу в течение последних 10 лет

Мониторинг осадков из космоса

Для TRMM Япония разработала первый в мире бортовой радиолокатор атмосферных осадков (PR), в то время как НАСА разработала КА-носитель и прочее оборудование. Расчётный ресурс миссии составлял три года, однако и после 17 лет наблюдается её успешное функционирование. В то время никто не верил, что наблюдения TRMM перекроет и продолжит последующая миссия GPM.

Почему мы измеряем осадки радаром? Дождь является критически важным элементом круговорота воды на планете, который затрагивает все живые организмы, включая человека. Наводнения и ливневые дожди являются причиной двух третей стихийных бедствий в мире. По мере усиления эффекта глобального потепления, как ожидается, супер-тайфуны станут более частыми, а осадки будут более экстремальными, принимая во внимание и наводнения, и засухи.

Количество осадков можно определить с помощью инфракрасной и пассивной радиометрии сверхвысоких частот, как и можно оценить с помощью верхней температуры облака и очень слабого микроволнового излучения. В отличие от этих методов радар может измерять осадки, непосредственно испуская радиоимпульсы в капельки дождя и получая ответные сигналы.

Радар может отслеживать распределение осадков в формате 3D. Радар даже способен измерить размер дождевой капли. Водяной пар высвобождает скрытое тепло, когда он конденсируется в капельки дождя. Оценив распределение осадков, можно определить энергию высвобождаемого скрытого тепла и энергию, которая управляет циркуляцией атмосферы. Анализ структуры 3D атмосферных осадков будет способствовать исследованию динамики атмосферы и, следовательно, способствовать улучшению численного моделирования системы осадков.

Радиолокатор атмосферных осадков (PR) на TRMM выявил новые данные по количеству осадков в тропиках. Он определил проливные дожди более чем в 16 км выше, чем метеорологические исследователи могли когда-либо предположить. Диагональ PR урагана Катрина в 2005 году представила осадки в 3D, впервые показав весь дистрибутив осадков в густом облаке. 17-летний архив данных TRMM внёс огромный вклад в мониторинг и исследования в области изменения климата.

Слева: отображение облака и распределение осадков в 2 км над уровнем моря. Справа: вид с высоты птичьего полёта – атмосферные осадки, общая высота осадков около 14 км

В обеих миссиях – и TRMM, и GPM – широтный диапазон увеличился с 35 до 65 градусов, что позволяет основному спутнику GPM проводить измерения высокоширотных дождей и снегопадов, охватывая более 95% от общего объёма осадков на Земле. В JAXA разработали двухчастотный радиолокатор атмосферных осадков (DPR) для GPM (спутника глобального измерения осадков). DPR состоит из РЛС Ka-диапазона и РЛС Ku-диапазона.

РЛС Ka-диапазона может отслеживать слабые дожди и снегопады, в то время как РЛС Ku-диапазона может отслеживать сильные осадки. Чувствительность обнаружения осадков также увеличилась с 0,5 мм/час у PR, установленном на борту TRMM, и до 0,2 мм/час (очень слабые осадки) у DPR, установленном на борту GPM. Замеры глобальных снегопадов заполняют пробел в круговороте воды.

Двухчастотный радиолокатор атмосферных осадков (DPR), установленный на борту основной метеостанции GPM (фото НАСА)

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) внимательно отслеживает информацию с бортового радиолокатора спутника в целях выявления какого-либо увеличения годового количества осадков, которые могут быть вызваны глобальным потеплением. Спутник для измерения количества осадков в тропиках (TRMM) собирал информацию в течение 17 лет, затем подключилась миссия GPM, архив данных теперь охватывают период в более чем 20 лет. Теперь наблюдения проводятся, чтобы сверить результаты модельных расчётов.

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) формирует глобальную спутниковую карту осадков (GSMaP) каждый час, комбинируя данные от более чем 13 спутников, в том числе основного спутника GPM, группы спутников и геостационарных спутников. GSMaP показывает глобальное распространение осадков с 0,1 град. сетки. Любой желающий может загрузить данные бесплатно.

GSMaP в настоящее время используется метеорологическими службами, агентствами по управлению водными ресурсами и научными сотрудниками по всему миру. GSMaP также могут быть использованы для прогнозирования наводнений в сочетании с моделями рельефа речных бассейнов. Данные GSMaP откалиброваны с помощью наземных датчиков осадков.

GSMaP имеет задержку менее чем четыре часа. В настоящее время предпринимаются попытки, чтобы сократить это значение до одного часа. GSMaP может предоставить информацию по трансграничному распределению осадков, что ранее было невозможно, когда были доступны лишь дождемеры.

Глобальная карта осадков (GSMaP) в 00.00 (время в формате UTC) 8 ноября 2013 года разрушительный ураган Хайян приближается к Филиппинам

Миссия GCOM-W является первым космическим полётом спутников группы GCOM (глобальные системы связи). Спутник также является одним из спутников группы GPM (спутник глобального измерения осадков).

Группа GCOM состоит из спутников GCOM-W и спутников GCOM-C. Литера W означает воду, а литера C означает климат. GCOM-W был запущен в 2012 году с усовершенствованным сканирующим радиометром СВЧ-2 (AMSR2) на борту. AMSR2 является преемником AMSR-E – оборудования, установленного JAXA на борту спутника НАСА Aqua, который был в эксплуатации с 2002 года. AMSR-E и AMSR2 обеспечивают очень важные пакеты климатических данных по водному циклу, таких как температура поверхности моря, водяного пара, осадки, влажность почвы, снег и лёд. AMSR2 получает очень слабое микроволновое излучение с поверхности и атмосферы Земли через свою больше 2 м антенну.

Антенна вращается 40 раз в минуту, сканирует поверхность Земли по всей 1450 km ширине захвата и может покрыть 99 % Земли в течение двух дней как в дневное, так и в ночное время. Благодаря своей характерной микроволновой частоте, AMSR2 может измерять температуру поверхности моря через облака, обеспечивая критически важные данные для морского прогнозирования и исследований в области изменения климата.

Повышенное пространственное разрешение большой антенны позволяет AMSR2 более точно определить глубину снега и протяжённость участков морского льда. За последние три десятилетия накопленные спутниковые данные наглядно продемонстрировали сокращение арктических льдов в летний период, что зафиксировано на основе наблюдений AMSR-E, AMSR2 и накопленных данных радиометра СВЧ. Показатель протяжённости арктического морского льда летом 2012 был самый низкий (4x106 km), как показали данные спутника. Исчезающий арктический морской лёд может контролироваться в ходе работы AMSR2 и наглядно продемонстрировать последствия глобального потепления.

Температура поверхности моря (SST), данные AMSR2. Верх: явление Эль-Ниньо контролируется от берега Перу. Нижняя: 12-летний временной ряд аномалий SST, данные AMSR-E/WindSat/AMSR2

Мониторинг парниковых газов (ПГ)

Япония всерьёз берется за решение проблемы мониторинга парниковых газов (ПГ) из космоса.

Оригинальность концепции заключается в использовании спутников для измерения состава атмосферы в стратосфере и верхней тропосфере путём отслеживания солнца через атмосферу, когда спутник наблюдал восход и заход солнца на всей орбите.

Однако, когда в 2002 году на КС-3 был согласован Киотский протокол, эта технология стала необходимой для контроля сокращения выбросов двуокиси углерода (CO2). Было принято решение полностью изменить свою задачу в целях мониторинга поглощения и выбросов СО2 в тропосфере. Была изменена конструкция контрольно-измерительной аппаратуры с единственной целью замера парниковых газов, тогда как методика наблюдений была переведена с мониторинга атмосферы по горизонтали на мониторинг по вертикали, чтобы охватить всю тропосферу, где образуется парниковый эффект.

В начале проекта наблюдение проводилось только по 290 наземным участкам для мониторинга выбросов парниковых газов, и эти участки были неравномерно распределены географически, то есть расположены в основном в промышленно развитых странах в Северном полушарии и отсутствовали в Южном полушарии или над океанами.

Спутник наблюдения парниковых газов (GOSAT) был запущен в 2009 году и стал первым в мире спутником для контроля СО2 и метана (CH4). Спутник получил название Ибуки, что на японском языке означает «дыхание».

Спутник был разработан совместно Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA), Министерством охраны окружающей среды Японии (MoE) и Национальным институтом по изучению окружающей среды (NIES). Министерство охраны окружающей среды Японии (MoE) является основным пользователем. Цель проекта GOSAT заключается в получении более точных оценок потоков CO2 и CH4 в субконтинентальном масштабе. GOSAT уникален тем, что в нём используется спектрометр с преобразованием Фурье (FTS), который позволяет выделить целых 10000 цветов; в перспективе FTS записывает отражённый солнечный свет в ближней ИК-области и тепловых выбросах путём измерения поглощения света молекулами CO2 и CH4 в атмосфере.

FTS имеет круглый, мгновенный сектор обзора, получая в результате отпечатки около 10,5 км в диаметре от Надира. Высокое спектральное разрешение и высокий коэффициент величины сигнал-шума (SNR) достигаются путём интеграции сигналов в одном и том же секторе обзора в течение 4 секунд и за счёт компенсации движения спутника с помощью механизма направляющего зеркала. Наблюдения за землёй собираются на трёхточечной координатной сетке с отпечатками, которые отделяются на расстоянии примерно 260 км против и около 280 км в направлении движения. Такой подход допускает 10000-ное зондирование над освещённым полушарием Земли каждый день. От 5% до 10 % от этих промеров проводились практически при отсутствии облаков.

Несколько команд по всему миру работают параллельно над независимыми CO2 и CH4 выборками из данных GOSAT. Такой подход позволяет командам динамично обмениваться идеями и методами. Такая привязка, разработка алгоритма поиска и действия по подтверждению соответствия теперь позволяют проводить оценку CO2 с допустимой региональной погрешностью менее чем 2 ррм (0,5%) на большей части земного шара.

Важные научные результаты включают документацию сезонных изменений в углеродном балансе южной Амазонии, выделений CO2, в мегаполисах, соотношение потоков CO2 и CH4 в шлейфах лесных пожаров, а также снижение поглощения углерода в течение лета 2010 в Северном полушарии из-за жары в Евразии.

Наблюдения GOSAT показали, что выделение CO2 происходит в более высоких концентрациях в зоне мега-городов по всему миру по сравнению с близлежащими районами. Вероятно, это связано с деятельностью человека. Мы видим, насколько спутниковые наблюдения могут быть полезны для мониторинга выбросов парниковых газов от сжигания ископаемого топлива. Высокоскоростная передача данных спектрального разрешения впервые в мире обеспечила отображение глобальной флуоресценции хлорофилла, испускаемого в процессе фотосинтеза растительности, который открыл новое научное направление по поглощению растительностью СО2.

Глобальная концентрация CO2 смоделирована с использованием данные GOSAT

Сравнение концентрации СО2 в Лос-Анджелесе и окружающей пустыне (JPL Kort et al. GRL 2012)

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), Министерство охраны окружающей среды Японии (MoE) и Национальный институт по изучению окружающей среды (NIES) приступили к подготовке очередной миссии под названием GOSAT-2 для отслеживания окиси углерода (СО) и PM2.5, в дополнение к CO2 и CH4. CO наблюдение позволит улучшить идентификацию источников выбросов углерода, которые имеют относительно короткое время жизни. Для достижения этих целей на борту GOSAT-2 будут установлены более продвинутые версии контрольно-измерительной аппаратуры. Запуск GOSAT-2 планируется осуществить в начале 2018.

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) осуществило запуск MOS-1b, JERS-1, ADEOS-1/2, GOSAT и GCOM-W и обеспечило наличие приборов наблюдения для спутников НАСА AQUA, TRMM и GPM с тех пор, как в 1987 году JAXA запустило свой первый спутник наблюдения за поверхностью Земли MO1-1, и по сей день принимает участие в изучении поверхности суши, океана и атмосферы.

Сегодня международные специализированные организации предупреждают, что изменение климата и глобальные изменения окажут значительное воздействие на человека. На самом деле крупные бедствия случаются всё чаще, причём такие, которые были вызваны экстремальными погодными условиями во многих местах в мире, и это стало большой проблемой общества.

Для Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) важно не только запускать спутники и только передать миру полученную от них информацию, но также использовать эту информацию для решения вышеуказанных проблем общества.

Будем продолжать решать серьёзные проблемы с помощью космических передовых технологий.

Технический перевод статьи журнала ROOM
Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
JAXA’s challenge to climate change
журнал ROOM №1 (3) март 2014

Источник: www.vesvks.ru


Комментарии

Пока нет комментриев, будьте первым кто выскажется

Добавление комментария

Ваше имя
Почта
Комментарий
С космодрома «Байконур» состоялся запуск РН «Союз-2.1а» с ТГК «Прогресс МС-09». 10 июля 2018 года в 03 часа 51 минуту по времени Астаны с космодрома

Самый крупный и дорогой европейский космический спутник был запущен на орбиту с космодрома Кору во Французской Гвиане. Научный спутник Envisat был

Уже несколько раз переносившийся запуск шаттла Atlantis с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) назначен на 6 сентября в 12:29 по местному

Япония запустила ракету-носитель H-2A, выведшую на орбиту спутник-шпион, сообщает AFP со ссылкой на Аэрокосмическое агентство Японии (JAXA).


Япония вывела на орбиту новый спутник "Когаку-5". Информация о размерах космического аппарата, его весе, орбите и другие











РУбрики
все шаблоны для dle на сайте newtemplates.ru скачать