Японское аэрокосмическое агентство (JAXA) бросает вызов глобальному потеплению. Программа спутниковых исследований в JAXA

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.

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.

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.

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.