CLARREO

CLARREO ( Climate Absolute Radiance and Refractivity Observatory ) to dziesięcioletnia misja przeglądowa NASA o wysokim priorytecie , pierwotnie wybrana jako taka przez National Research Council w 2007 r. Misja CLARREO ma na celu zapewnienie laboratorium metrologicznego na orbicie w celu dokładnego określenia ilościowego i przypisania klimatu Ziemi zmiana (patrz Lista satelitów do badań nad klimatem ). Misja ma również na celu przeniesienie jej wysokiej dokładności do innych czujników kosmicznych. Służyłby jako referencyjny kalibracji na orbicie, uwidaczniając trendy klimatyczne w ich zestawach danych do 2055 r., w ciągu 30 lat od planowanego wystrzelenia w latach 20. XX wieku. Pomiary te mogą być kontynuowane, aby umożliwić testowanie, walidację i ulepszanie przewidywań modeli klimatycznych.

Z powodu cięć finansowych zapowiedzianych w budżecie na 2012 rok, misja CLARREO została znacznie ograniczona, podczas gdy pozostałe projekty kosmiczne miały wypełnić lukę. We wniosku prezydenta o budżet na rok finansowy 2016 mniejsza misja CLARREO Pathfinder (CPF) otrzymała 76,9 mln USD na zademonstrowanie podstawowych technologii pomiarowych misji CLARREO Tier 1 Decadal Survey. Finansowanie to potencjalnie wesprze lot spektrometru Reflected Solar (RS), który jest częścią pełnej misji zalecanej przez Decadal Survey, mającej się odbyć na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w 2020 r. Administracja Trumpa kilkakrotnie bezskutecznie próbowała cofnąć fundusze misja.

koncepcja misji

Poniżej znajduje się koncepcja misji zaprezentowana podczas Przeglądu Koncepcji Misji w listopadzie 2010 r. CLARREO miał wtedy składać się z czterech obserwatoriów na dwóch podwójnie manifestowanych startach na pojazdach Minotaur IV+ .

Trzy instrumenty (po dwa z każdego)
- Spektrometr w podczerwieni (IR).
- Odbity spektrometr słoneczny (RS).
- Globalny System Nawigacji Satelitarnej - Zakrycie Radiowe ( GNSS-RO )
Cztery Obserwatoria, dwa podwójnie zamanifestowane starty na pojazdach Minotaur IV+
- Lipiec 2018: Dwa obserwatoria na podczerwień, każde z GNSS-RO
- Maj 2020: Dwa odbite obserwatoria słoneczne
609 km orbit polarnych (nachylenie 90 stopni)

Opracowano alternatywne koncepcje misji, aby uwzględnić ograniczone dostępne fundusze. Stwierdzono, że misja CLARREO na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, obejmująca po jednym spektrometrze RS i IR, zapewnia najlepszą wartość naukową przy najniższych możliwych kosztach. Ze względu na nachylenie orbity ISS wynoszące 51,65 stopnia, CLARREO w pomiarach ISS nie obejmowałby regionów polarnych, w wyniku czego misja nie byłaby w stanie śledzić globalnych wzorców spektralnych w porównaniu z wersją misji zaprezentowaną podczas przeglądu koncepcji misji.

Koncepcja misji Pathfinder

W 2016 roku misja Pathfinder do pełnej misji CLARREO otrzymała finansowanie. „Przydzielone fundusze wspierają lot spektrometru odbitego Słońca (RS), znajdującego się na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w ramach czasowych 2020. ... CPF to misja klasy D z 1 rokiem operacji na orbicie i 1 roku na analizę pozyskanych danych”. Misja ma na celu zademonstrowanie podstawowych technologii pomiarowych na orbicie, które można wykorzystać do zmniejszenia ryzyka pełnej misji CLARREO. CLARREO Pathfinder ma dwa główne cele: zademonstrować wysoką dokładność na orbicie identyfikowalną z Międzynarodowymi Układami Jednostek (SI) oraz przenieść tę dokładność do innych czujników kosmicznych. Cel progowy Pathfinders w porównaniu z pełną bazową misją CLARREO został złagodzony dwukrotnie z 0,15% do 0,3% (k=1).

Interkalibracja odniesienia

Rys. 1. Spektrometr CLARREO RS ma możliwość dopasowywania pomiarów z innych czujników kosmicznych pod względem przestrzennym, czasowym, widmowym i kątowym. To przybliżone dopasowanie danych na orbicie jest możliwe dzięki zdolności CLARREO do wskazywania swojego instrumentu RS w dwóch wymiarach.

Obecne czujniki satelitarne nie są zaprojektowane tak, aby spełniały wymagania dotyczące dokładności potrzebnej do wykrywania zmian klimatycznych. Wiele czujników używanych do pomiarów klimatu zostało zaprojektowanych w celu spełnienia operacyjnych potrzeb pogodowych i nie jest zoptymalizowanych pod kątem próbkowania klimatu. Czujniki te, wraz ze starszymi instrumentami przeznaczonymi do pomiaru klimatu, nie mają na pokładzie możliwości testowania błędów systematycznych na orbicie. Misja CLARREO pozwoli osiągnąć te cele poprzez staranne rozważenie projektu instrumentu, identyfikowalność kalibracji na wszystkich etapach rozwoju i działania, z spektralnym , przestrzennym i czasowym ukierunkowanym w szczególności na tworzenie zapisów klimatycznych. Następnie, po opracowaniu nowych metod kalibracji krzyżowej, znacznie dokładniejszych niż te osiągane obecnie, CLARREO może służyć jako orbitalny standard zapewniający interkalibrację referencyjną dla misji takich jak szerokopasmowe chmury i system energii promieniowania Ziemi (CERES), sondy operacyjne, w tym Cross-track Infrared Sounder (CrIS) i Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) oraz urządzenia do obrazowania, takie jak Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) i Advanced Very-High-Resolution Radiometer (AVHRR).

Wybór misji

National Research Council (NRC) z 2007 r. , „Nauka o Ziemi i zastosowania z kosmosu: krajowe imperatywy na następną dekadę i później”, stanowi podstawę dla przyszłego kierunku kosmicznego systemu obserwacji Ziemi NASA. Misje uszeregowano według zasług naukowych, wkładu w długoterminowe zapisy obserwacyjne, korzyści społecznych, przystępności cenowej i gotowości technologicznej. Cztery misje zalecane do najwcześniejszej realizacji przez NASA zostały sklasyfikowane jako misje „Tier 1” i obejmowały CLARREO. Badanie NRC Decadal Survey wykazało, że najbardziej krytycznym problemem w obecnych obserwacjach zmian klimatu jest ich brak dokładności i niska pewność w obserwowaniu niewielkich sygnałów zmian klimatu w skali dekady. Obserwacje CLARREO dotyczące zmian klimatycznych w skalach dziesięcioletnich rozwiązują ten problem, osiągając wymagane poziomy dokładności i identyfikowalności ze standardami SI dla zestawu obserwacji wrażliwych na szeroki zakres kluczowych obserwacji zmian klimatycznych.

Zalecenia Decadal Survey reprezentują wkład społeczności w przyszły kierunek nauki o Ziemi w przestrzeni kosmicznej; dlatego NASA będzie nadal angażować społeczność naukową w celu udoskonalenia wymagań misji podczas planowania CLARREO.

Aplikacje naukowe

CLARREO może prowadzić bardzo dokładne obserwacje zmian dekadowych, które można prześledzić zgodnie ze standardami Międzynarodowego Układu Jednostek Miar (SI). Na przykład przy długościach fal słonecznych ma to zostać potwierdzone po wystrzeleniu za pomocą porównania rzeczywistych danych z teoretycznymi symulacjami promieniowania księżycowego/słonecznego wygenerowanymi w modelu czujnika o wysokiej wierności, chociaż nie jest jasne, w jaki sposób takie nieeksperymentalne podejście zapewni SI identyfikowalność. ^{[ potrzebne źródło ]} Obserwacje Ziemi wykonane następnie przez CLARREO mają wrażliwość na najbardziej krytyczne, ale najmniej zrozumiałe wymuszenia radiacyjne klimatu, reakcje i sprzężenia zwrotne, takie jak:

Widma w podczerwieni do wnioskowania o sprzężeniach zwrotnych temperatury i pary wodnej , sprzężeniach zwrotnych chmur i dekadowych zmianach profili temperatury, profili pary wodnej, chmur i efektów radiacyjnych gazów cieplarnianych
GNSS-RO do wnioskowania o dekadowych zmianach profili temperatury
Widma odbite od Słońca w celu wywnioskowania sprzężeń zwrotnych chmur, sprzężeń zwrotnych albedo śniegu/lodu oraz dekadowych zmian chmur, strumieni promieniowania, aerozoli , pokrywy śnieżnej , lodu morskiego i użytkowania gruntów

Korzyści społeczne

Ryc. 3. Odtworzone szacunki czasu potrzebnego po uruchomieniu misji klimatycznej do wykrycia przewidywanych trendów klimatycznych CRF z 95% pewnością, przy różnych dokładnościach kalibracji.

Po interkalibracji z CLARREO ISS/Pathfinder i nowym celem dokładności 0,6% (k=2) począwszy od 2020 r., uzyskane pomiary mogą być w stanie wykryć sygnały zmiany klimatu do roku 2039 (przesuń czerwoną krzywą do roku 20 lub „2020”, zamiast punktu początkowego 0 na ryc. 3). Ponieważ jednak nastąpi to blisko dekadę po roku 31 lub „2031” na ryc. 3, co jest oszacowaniem NASA, kiedy CERES wykryje takie trendy bez pomocy CLARRE0 (szara przerywana linia), Pathfinder będzie prawdopodobnie znacznie zmniejszony korzyści dla nauki o klimacie w porównaniu z pierwotną koncepcją 0,3% (k=2) w odpowiedzi na badanie dekadowe z 2007 r. (z datą rozpoczęcia w 2013 r.).

Zespół

CLARREO był pierwotnie rekomendowany jako wspólna misja NASA/ NOAA , w ramach której NOAA wniosłaby wkład w pomiary całkowitego i widmowego natężenia promieniowania słonecznego oraz zapis danych dotyczących budżetu energetycznego Ziemi , latając czujnikiem całkowitego promieniowania słonecznego (TSIS) oraz chmurami i systemem energii promieniowania Ziemi ( CERES) czujniki. Część NASA obejmowała pomiar spektralnie rozdzielczej termicznej podczerwieni i odbitego promieniowania słonecznego z dużą dokładnością bezwzględną. Jednak ostatnie wydarzenia postawiły takie przydziały pod znakiem zapytania.

Zespół kierowany przez Centrum Badawcze NASA Langley , przy współudziale innych ośrodków NASA, organizacji rządowych, środowisk akademickich i centrali NASA, opracował koncepcję misji, która przeszła przegląd koncepcji misji (MCR) 17 listopada 2010 r. Chociaż cięcia budżetowe w 2012 r. pełnej misji CLARREO do rozszerzonego statusu przed fazą A, zespół CLARREO Science Definition, który został już wybrany w drodze konkursu, kontynuował rozwój nauki i technologii misji.

Linki zewnętrzne