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研究人员发现了从太空分析大气粒子的有效的方法

发布:guangxuedaren阅读:792时间:2019-2-15 20:07:39

—测量平流层气溶胶对于监测火山爆发的气候影响,以及旨在降低地球温度的潜在地球工程战略有着重要意义
       美国国务院国际信息局《美国参考》从华盛顿报道,一项新的分析显示,全球需要先进的卫星仪器来监测平流层大气中的微粒或气溶胶。大气中的气溶胶位于大约12公里以上的平流层,在火山爆发后急剧增加,导致地球气候的变化,从而提供了验证预测短期和长期气候变化科学模型的关键机会。
        来自纽约NASA戈达德太空研究所和乌克兰基辅国家科学院的研究人员在光学学会(OSA)期刊《Optics Express》上发表了这项新的发现。 火山爆发时,大量的火山灰和硫酸颗粒会覆盖整个地球,阻挡大部分阳光,暂时导致全球变冷。
        科学家们正在探索这种覆盖效应是否可以通过在平流层中注入人造气溶胶来抵消全球变暖。这项地球工程项目还需要一种方法来监测平流层中人造微粒的数量和大小以及由此产生的气候影响。
   “了解自然和人造平流层气溶胶的全球特性意味着,需要一种专门的地球轨道仪器,才能获得关于它们的性质和分布的全面信息,”乌克兰国家科学院(National Academy of Sciences)研究小组成员Janna Dlugach说。“这些信息对于验证气候模型以及监测潜在地球工程项目、重大火山爆发这些关乎人口生计的问题至关重要。”
从太空监测气溶胶
       在接下来的十年里,NASA计划执行一项专门的任务来监测地球上的气溶胶和云层。这项任务将包括一种仪器,它不仅能测量大气和地球表面反射的太阳光的亮度,而且还能测量光的偏振态,这些偏振态携带着关于气溶胶粒子的大小、组成和数量的丰富信息。
    “这种未来偏振计的技术特性目前是科学界积极讨论的话题,”NASA研究小组成员Michael Mishchenko说。“我们的论文提出了这样的讨论,即不仅要监测低层大气中的气溶胶,还要监测平流层中的气溶胶,这些气溶胶在发生重大火山喷发或实施大规模地球工程计划时,可能成为气候系统的重要组成部分。”
       轨道仪器对反射光的测量通常以明亮的水云、陆地表面和对流层(离地面最近的大气层)中的气溶胶为主。“可以肯定的是平流层气溶胶很少,相对于对流层气溶胶不重要,”Dlugach解释说。“然而,在火山爆发或地球工程活动中,必须将来自平流层气溶胶的光分离出来。”
分离平流层气溶胶
       在这项新的研究中,研究人员认为,未来的任何气溶胶监测轨道仪器都应该提供以1.378微米为中心的狭窄光谱通道内的测量数据。Mishchenko说:“在这个波长下,对流层中的水蒸气几乎可以完全吸收云层、地面和对流层气溶胶散射的阳光。”“这使我们能够分别推断平流层气溶胶和对流层气溶胶的性质。”
       研究人员使用模拟测量来确定测量平流层气溶胶的最佳方法。他们首先使用一个真实的平流层气溶胶模型来计算这些气溶胶反射到太空中的太阳光理论亮度和偏振态。然后他们模拟实际卫星数据增加了测量误差。利用得到的信息,他们模拟了几种真实的测量结果,以确定哪一种提供了足够的信息来确定平流层气溶胶的数量、大小和组成。
       Dlugach说:“我们发现仅仅测量光的亮度并不能得出平流层气溶胶的结论。我们的分析表明,未来的气溶胶监测空间任务中应该包括一种仪器,它可以从多个角度以1.378微米波长获取地面场景的精确偏振测量数据。”强水汽吸收通道是消除来自低层大气和地表的光的必要条件,而从多个角度进行的精确偏振测量则可获得平流层气溶胶的详细信息。
       接下来,研究人员计划分析更具挑战性的观测条件,这将对仪器的设计提出额外的要求。他们还想确定,在某些条件下,将来自同一轨道平台的偏振观测和激光雷达观测相结合是否有益。

图:2014年5月30日,印度尼西亚松巴瓦岛海岸的一座岛屿火山—桑岗火山爆发。陆地卫星8号于2014年6月1日采集了这张火山喷发出的火山灰的真彩图像。图片来源:罗伯特·西蒙,美国宇航局地球天文台

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