Mediciones espaciales de dióxido de carbono ( CO
2) se utilizan para ayudar a responder preguntas sobre el ciclo del carbono de la Tierra . Existe una variedad de instrumentos activos y planificados para medir el dióxido de carbono en la atmósfera terrestre desde el espacio. La primera misión satelital diseñada para medir CO
2fue el Monitor Interferométrico de Gases de Efecto Invernadero (IMG) a bordo del satélite ADEOS I en 1996. Esta misión duró menos de un año. Desde entonces, han comenzado las mediciones adicionales basadas en el espacio, incluidas las de dos satélites de alta precisión (mejor que 0,3% o 1 ppm) ( GOSAT y OCO-2 ). Los diferentes diseños de instrumentos pueden reflejar diferentes misiones primarias.
Propósitos y aspectos destacados de los hallazgos
Hay preguntas pendientes en la ciencia del ciclo del carbono que las observaciones satelitales pueden ayudar a responder. El sistema terrestre absorbe aproximadamente la mitad de todo el CO antropogénico
2emisiones. [1] Sin embargo, no está claro exactamente cómo se reparte esta captación en diferentes regiones del mundo. También es incierto cómo se comportarán las diferentes regiones en términos de CO
2flujo bajo un clima diferente. Por ejemplo, un bosque puede aumentar el CO
2absorción debido a la fertilización o al efecto β, [2] o podría liberar CO
2debido al aumento del metabolismo de los microbios a temperaturas más altas. [3] Estas preguntas son difíciles de responder con conjuntos de datos históricamente limitados espacial y temporalmente.
Aunque las observaciones satelitales de CO
2 son algo recientes, se han utilizado para varios propósitos diferentes, algunos de los cuales se destacan aquí:
- Megaciudad CO
2Se observaron mejoras con el satélite GOSAT y se estimaron los cambios mínimos observables en las emisiones basados en el espacio. [4]
- Se han utilizado observaciones satelitales para visualizar cómo el CO
2se distribuye a nivel mundial, [5] incluidos los estudios que se han centrado en las emisiones antropogénicas. [6]
- CO
2Se analizaron las relaciones de emisión con monóxido de carbono (un marcador de combustión incompleta) medidas por el instrumento MOPITT en las principales regiones urbanas de todo el mundo para medir el estado en desarrollo / desarrollado. [12]
- Se utilizaron observaciones de OCO-2 para estimar el CO
2emisiones de incendios forestales en Indonesia en 2015. [13]
- Las observaciones de OCO-2 también se utilizaron para estimar el exceso de flujo tierra-océano debido al evento El Niño de 2014-16 . [14] [15]
- Las observaciones de GOSAT se utilizaron para atribuir El Niño Modoki de 2010-2011 al balance de carbono brasileño. [dieciséis]
- Se utilizaron observaciones de OCO-2 para cuantificar el CO
2emisiones de plantas de energía individuales, lo que demuestra el potencial para el futuro de CO basado en el espacio
2monitoreo de emisiones. [17]
Desafíos
La detección remota de gases traza presenta varios desafíos. La mayoría de las técnicas se basan en la observación de la luz infrarroja reflejada en la superficie de la Tierra. Debido a que estos instrumentos utilizan espectroscopía , en cada huella de sonido se registra un espectro; esto significa que hay una cantidad significativamente mayor (aproximadamente 1000 ×) de datos para transferir de los que se requerirían de un píxel RGB . Los cambios en el albedo de la superficie y los ángulos de visión pueden afectar las mediciones, y los satélites pueden emplear diferentes modos de visualización en diferentes ubicaciones; estos pueden tenerse en cuenta en los algoritmos utilizados para convertir las mediciones sin procesar en finales. Al igual que con otros instrumentos espaciales , se deben evitar los desechos espaciales para evitar daños.
El vapor de agua puede diluir otros gases en el aire y así cambiar la cantidad de CO
2en una columna sobre la superficie de la Tierra, por lo que a menudo las fracciones molares de aire seco promedio de la columna (X CO
2) se informan en su lugar. Para calcular esto, los instrumentos también pueden medir O 2 , que se diluye de manera similar a otros gases, o los algoritmos pueden tener en cuenta el agua y la presión superficial de otras mediciones. [18] Las nubes pueden interferir con las mediciones precisas, por lo que las plataformas pueden incluir instrumentos para medir las nubes. Debido a imperfecciones de medición y errores en el ajuste de señales para obtener X CO
2, las observaciones basadas en el espacio también pueden compararse con las observaciones desde el suelo, como las del TCCON . [19]
Lista de instrumentos
Instrumento / satélite | Institución (es) principal (es) | Fechas de servicio | Sondas diarias utilizables aproximadas | Tamaño aproximado del sondeo | Datos públicos | Notas | Refs |
---|---|---|---|---|---|---|---|
HIRS-2 / TOVS ( NOAA-10 ) | NOAA ( EE . UU. ) | Julio de 1987 a junio de 1991 | 100 × 100 km | No | Medición de CO 2 no era un objetivo de misión original | [20] | |
IMG ( ADEOS I ) | NASDA ( Japón ) | 17 de agosto de 1996 a junio de 1997 | 50 | 8 × 8 km | No | Sistema FTS | [21] |
SCIAMACHY ( Envisat ) | ESA , IUP Universidad de Bremen ( Alemania ) | 1º de marzo de 2002 a mayo de 2012 | 5,000 | 30 × 60 km | Sí [22] | [23] | |
AIRS ( aguamarina ) | JPL (EE. UU.) | 4 de mayo de 2002 - en curso | 18.000 | 90 × 90 km | Sí [24] | [25] [26] | |
IASI ( MetOp ) | CNES / EUMETSAT ( ESA ) | 19 de octubre de 2006 | 20-39 km de diámetro | Sí (solo unos días) [27] | [28] | ||
GOSAT | JAXA ( Japón ) | 23 de enero de 2009 - en curso | 10,000 | 10,5 km de diámetro | Sí [29] | Primera misión dedicada de alta precisión (<0,3%), también mide CH 4 | [30] [31] |
OCO | JPL (EE. UU.) | 24 de febrero de 2009 | 100.000 | 1,3 × 2,2 kilometros | N / A | No se pudo alcanzar la órbita [32] | |
OCO-2 | JPL (EE. UU.) | 2 de julio de 2014 - en curso | 100.000 | 1,3 × 2,2 kilometros | Sí [33] | Alta precisión (<0,3%) | [34] |
GHGSat-D (o Claire) | GHGSat ( Canadá ) | 21 de junio de 2016 - en curso | ~ 2–5 imágenes, más de 10,000 píxeles cada una | Imagen de 12 × 12 km , 50 m de resolución | disponible solo para socios seleccionados | CubeSat y espectrómetro de imágenes con interferómetro Fabry-Pérot | [35] |
TanSat (o CarbonSat) | CAS ( China ) | 21 de diciembre de 2016 - en curso | 100.000 | 1 × 2 km | Sí (radiancias L1B) [36] | [37] [38] | |
GAS FTS a bordo del FY -3D | CMA ( China ) | 15 de noviembre de 2017 - en curso [39] | 15.000 | 13 km de diámetro | No | [40] [41] | |
GMI (GaoFen-5, ( fr )) | CAS ( China ) | 8 de mayo de 2018 - en curso [42] | 10,3 km de diámetro | No | Heterodino espacial | [43] [44] | |
GOSAT-2 | JAXA ( Japón ) | 29 de octubre de 2018 - en curso [45] | 10,000+ | 9,7 km de diámetro | Sí (radiancias L1B) [46] | También medirá CH 4 y CO | [47] |
OCO-3 | JPL (EE. UU.) | 4 de mayo de 2019 - en curso [48] | 100.000 | <4,5 × 4,5 km | Sí [49] | Montado en la ISS | [50] |
MicroCarb | CNES ( Francia ) | esperado 2022 | ~ 30 000 | 4,5 × 9 km | Probablemente también medirá CH 4 | [51] | |
GOSAT-3 | JAXA ( Japón ) | esperado 2022 | |||||
GeoCARB | Universidad de Oklahoma (EE. UU.) | esperado 2023 | ~ 800 000 | 3 × 6 km | Primer CO 2-observando el satélite geosincrónico , también medirá CH 4 y CO | [52] [53] |
Medidas de columna parcial
Además de las medidas totales de columna de CO
2hasta el suelo, ha habido varias sirenas de extremidades que han medido CO
2 a través del borde de la atmósfera superior de la Tierra, e instrumentos térmicos que miden la atmósfera superior durante el día y la noche.
- El sondeo de la atmósfera mediante radiometría de emisión de banda ancha (SABRE) a bordo del TIMED, lanzado el 7 de diciembre de 2001, realiza mediciones en la mesosfera y en la termosfera inferior en bandas térmicas. [54]
- El ACE-FTS (Experimento de Química Atmosférica-Espectrómetro de Transformada de Fourier) a bordo del SCISAT-1 lanzado el 13 de agosto de 2003 mide los espectros solares, a partir de los cuales los perfiles de CO
2se puede calcular. [55] - SOFIE (Solar Occultation for Ice Experiment) es una sonda de miembros a bordo del satélite AIM lanzado el 25 de abril de 2007. [56]
Misiones conceptuales
Ha habido otras misiones conceptuales que se han sometido a evaluaciones iniciales pero no se han elegido para formar parte de los sistemas de observación basados en el espacio. Éstas incluyen:
- Detección activa de CO
2Emisiones durante la noche, los días y las estaciones (ASCENDS) es una misión basada en lidar [57] - Espectrómetro geoestacionario de transformada de Fourier (GeoFTS) [58]
- La misión de imágenes atmosféricas para las regiones del norte (AIM-North) implicaría una constelación de dos satélites en órbitas elípticas para centrarse en las regiones del norte. [59] [60] El concepto se está sometiendo a un estudio de fase 0 en 2019-2020.
- El Satélite de Monitoreo de Carbono (CarbonSat) fue un concepto para un satélite de imágenes con cobertura global aproximadamente cada 6 días. Esta misión nunca pasó de la fase conceptual. [61]
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