구름과 지구의 복사 에너지 시스템

Clouds and the Earth's Radiant Energy System
회전 방위 평면 모드에서 지구를 스캔하는 CERES 계측기의 아티스트 표현.

구름과 지구의 복사 에너지 시스템(CERES)은 지구 [1][2]궤도에서 NASA의 기후학적 실험을 진행 중이다.CERES는 NASA의 지구관측시스템(EOS)의 일부로, 대기권 상부에서 지구 표면까지 태양 반사 및 지구 방출 방사선을 측정하도록 설계된 과학 위성 기구이다.클라우드 특성은 MODIS([3]Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)와 같은 다른 EOS 기기에 의한 동시 측정을 사용하여 결정됩니다.CERES와 지구방사선예산실험(ERBE)[4]과 같은 다른 NASA 임무의 결과는 지구의 에너지 불균형을 실시간 추적하고 지구 기후 [1][5]변화에 있어 구름의 역할을 더 잘 이해할 수 있게 해줄 것이다.

들어오는 대기 상층(TOA) 단파 플럭스 방사선은 태양으로부터 받은 에너지를 보여준다(2012년 1월 26일-27일).
대기권 상층부에서 방출되는 장파속 방사선(2012년 1월 26일-27일).지구에서 방출되는 열 에너지(제곱미터당 와트 수)는 노란색, 빨간색, 파란색 및 흰색의 음영으로 표시됩니다.가장 밝은 노란색 지역은 가장 뜨겁고 우주로 가장 많은 에너지를 방출하고 있는 반면, 어두운 파란색 지역과 밝은 흰 구름은 가장 적은 에너지를 방출하면서 훨씬 더 춥습니다.

과학적 목표

CERES 실험에는 4가지 주요 목적이 있습니다.

  • 기후 변화 분석을 위해 대기 상층(TOA)의 방사 플럭스에 대한 ERBE 기록의 계속.
  • TOA 및 지구 표면의 방사 플럭스 추정 정확도를 두 배로 높입니다.
  • 지구 대기 내 방사 플럭스의 첫 번째 장기 지구 추정치를 제공한다.
  • 표면에서 TOA까지의 방사 플럭스와 일치하는 클라우드 특성 추정치를 제공합니다.

각 CERES 계측기는 3개의 채널, 즉 0.2~5µm 영역의 반사 햇빛을 측정하는 단파(SW), 8-12µm의 "창" 또는 "WN" 영역의 지구 방출 열 방사선을 측정하는 채널, 그리고 지구 방출 방사선의 전체 스펙트럼을 측정하는 총 채널(0.2µm)을 갖춘 방사선계이다.CERES 기구는 1984년부터 [6]1993년까지 세 개의 위성을 사용하여 전 세계 에너지 예산 측정을 제공한 성공적인 지구 방사선 예산 실험에 기초했다.

미션

첫 출시

최초의 CERES 계측기 프로토-Flight Module(PFM; 프로토-Flight Module)은 1997년 11월 일본에서 NASA 열대우 측정 임무(TRMM)에 실려 발사되었다.그러나 이 계측기는 온보드 회로 고장으로 인해 8개월 후에 작동하지 못했습니다.

EOS 및 JPSS 미션 위성에서의 CERES

추가로 6개의 CERES 계측기가 지구관측시스템과 합동 극지위성시스템에 발사되었다.1999년 12월에 발사된 테라 위성은 2기(FM1)와 FM2), 2002년 5월에 발사된 아쿠아 위성은 2기(FM3와 FM4)를 더 탑재했다.2011년 10월에는 5번째 계기(FM5)가 수오미 NPP 위성에, 2017년 11월에는 NOAA-20에 6번째 계기(FM6)가 발사되었다.TRMM의 PFM 장애와 2005년 Aqua의 FM4의 SW 채널 손실로 인해 2017년 [7][8]현재 5개의 CERES 비행 모듈이 완전히 가동되고 있습니다.

방사선 버짓 계측기

CERES 계측기의 측정은 2021년 JPSS-2, 2026년 JPSS-3, 2031년 [8]JPSS-4에서 발사될 방사선 예산 기구(RBI)에 의해 더 멀리 진행될 예정이었다.이 프로젝트는 2018년 1월 26일에 취소되었습니다.NASA는 기술, 비용 및 일정 문제와 예상되는 RBI 비용 증가가 다른 [9]프로그램에 미치는 영향을 언급했습니다.

동작 모드

CERES는 위성 지상 트랙 횡단(크로스 트랙), 위성 지상 트랙 방향(가로 트랙) 및 회전 방위 평면(RAP)의 세 가지 스캔 모드로 작동합니다.RAP 모드에서는 방사계가 방위각으로 회전할 때 고도에서 스캔하므로 넓은 시야각에서 방사조도 측정을 얻을 수 있습니다.2005년 2월까지 Terra 및 Aqua 위성에서는 CERES 기기 중 하나가 크로스 트랙 모드로 스캔되고 다른 하나는 RAP 또는 추종 트랙 모드로 스캔되었습니다.RAP 스캔 모드에서 작동하는 기기는 매달 이틀의 추적 데이터가 소요되었습니다.그러나 다각 CERES 데이터는 관찰된 장면의 이방성을 설명하는 새로운 모델을 도출하고 향상된 [10]정밀도로 TOA 방사 플럭스 검색을 가능하게 했다.

교정 방법

접지 절대 교정

CERES와 같은 기후 데이터 기록(CDR) 임무의 경우 정확도는 매우 중요하며 지상 실험실 SI 추적 가능한 흑체를 사용하여 총 및 WN 채널 방사선 측정 이득을 측정함으로써 순수 적외선 야간 측정에 달성됩니다.그러나 SW와 같은 CERES 태양 채널과 SI 추적성에 대한 직접적인 끊김 없는 체인이 없는 Total 망원경의 태양 부분은 해당되지 않았다.이는 CERES 태양 반응이 CERES 장치와 동일한 은색 카세그레인 망원경을 사용하여 위성 계측기 시야와 일치시키는 저온 공동 기준 검출기에 의해 출력 에너지가 추정된 램프를 사용하여 지상에서 측정되었기 때문이다.1990년대 중반 이후 건설되고 사용된 이 망원경의 반사율은 실제로 측정되지 않았으며[11], 목격자 샘플만을 기초로 추정되었다(프리스틀리 외(2014)[12]의 슬라이드 9 참조).땅 교정에 그러한 어려움, 의심되는on-ground 오염 events[13]와 결합 필요성 SW탐지기 및 이익 8%,[14]로 단순히 병기록 요약 보고 데이터는 약간 과학(에는 세 리즈 현재 1시그마 SW절대 accura claims[15]기후에 합리적인 것 같게 하기 위해 큰에서 변화에 예상치 못한 땅을 불러일으켰다.0.9%의 cy).

비행 중 교정

바닥 뷰에서 CERES 공간 분해능(풋프린트의 등가 직경)은 TRMM에서 CERES의 경우 10km, 테라 및 아쿠아 위성의 경우 CERES의 경우 20km이다.아마도 CERES와 같은 미션에서 더 중요한 것은 교정 안정성 또는 지구 데이터에서 도구적 변화를 추적하고 분할하여 진정한 기후 변화를 자신 있게 추적할 수 있는 능력이다.반사 태양광을 측정하는 채널에 대해 이를 달성하기 위한 CERES 온보드 교정 선원은 태양 확산기 및 텅스텐 램프를 포함한다.그러나 램프는 열화가 가장 심한 중요한 자외선 파장 영역에서는 출력이 매우 적으며, 궤도상에서 램프를 모니터링하는 기능이 없는 상태에서 지상 테스트에서 에너지에서 1.4% 이상 표류하는 것으로 나타났습니다(Priestley et al.(2001)[16]태양 확산기 또한 궤도에서 크게 저하되어 프리스틀리 외 연구진(2011)[17]에 의해 사용이 불가능하다고 선언되었다.Total 채널과 WN 채널에는 서로 다른 온도에서 제어할 수 있는 한 쌍의 흑체 공동이 사용되지만 0.5%/decade보다 [13]더 나은 안정성은 입증되지 않았습니다.냉간 공간 관찰 및 내부 보정은 일반 접지 스캔 중에 수행됩니다.

인터캘리브레이션

데이터는 다른 임무 위성에 있는 CERES 기기 간 비교와 함께 제공된 분광 방사계의 스캔 기준 데이터(예: Aqua의 MODIS)와 비교된다.CLARREO Pathfinder 미션은 CERES를 [18]포함한 여러 기존 EOS 계측기에 최첨단 레퍼런스 표준을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.

2005-2019년 지구의 에너지 불균형(EEI)에 대한 연간 변화 연구는 CERES 관측과 아르고 플로트 [19]네트워크에 의한 해양 열 흡수에 대한 현장 측정에서 추론된 EEI 간의 양호한 일치성을 보여주었다.

「 」를 참조해 주세요.

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레퍼런스

  1. ^ a b B. A. Wielicki; Harrison, Edwin F.; Cess, Robert D.; King, Michael D.; Randall, David A.; et al. (1995). "Mission to Planet Earth: Role of Clouds and Radiation in Climate". Bull. Am. Meteorol. Soc. 76 (11): 2125–2152. Bibcode:1995BAMS...76.2125W. doi:10.1175/1520-0477(1995)076<2125:MTPERO>2.0.CO;2.
  2. ^ Wielicki; et al. (1996). "Clouds and the Earth's Radiant Energy System (CERES): An Earth Observing System Experiment". Bulletin of the American Meteorological Society. 77 (5): 853–868. Bibcode:1996BAMS...77..853W. doi:10.1175/1520-0477(1996)077<0853:CATERE>2.0.CO;2.
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외부 링크