BAE Systems разработает датчик качества воздуха для новых геостационарных метеорологических спутников NOAA [ссылка]

Компания BAE Systems, бывшая Ball Aerospace and Technologies Corp., заключила контракт стоимостью 365 млн долларов на разработку прибора GeoXO Atmospheric Composition (ACX) для новых геостационарных спутников NOAA — Geostationary Extended Observations (GeoXO).

ACX представляет собой гиперспектрометр, выполняющий измерения в диапазоне от ультрафиолетового до видимого света. Прибор предназначен для ежечасных наблюдений за загрязняющими веществами, выбрасываемыми такими источниками, как генерация электроэнергии, транспорт, добыча нефти и газа, вулканы и лесные пожары. Также будут отслеживаться вторичные загрязнители, образующиеся в атмосфере.

Контракт с оплатой по принципу “cost-plus-award-fee“ предусматривает разработку одного прибора и опций по созданию дополнительных приборов.

Помимо оперативного мониторинга, прибор ACX будет поддерживать исследования выбросов и движения аэрозольных частиц, включая диоксид азота, формальдегид, глиоксаль, диоксид серы и озон.

📸 С помощью группировки GeoXO, NOAA планирует развить существующие возможности съемки в видимом и инфракрасном диапазонах, а также картографирования молний. В отличие от предыдущих поколений геостационарных метеоспутников, группировка GeoXO будет содержать приборы для определения цвета океана и состава атмосферы.

#погода #атмосфера #США

Апрель обычно приносит в Восточную Азию не только весну, но пыль из пустынь Гоби и Такла-Макан. Тучи пыли несутся на восток, пересекая восточные районы Китая, Корейский полуостров и юг Японии.

Прибор MODIS спутника Aqua на снимке, сделанном 25 апреля 2024 года, зафиксировал огромный шлейф пыли, тянущийся через Корейский полуостров. По одному снимку трудно определить происхождение шлейфа, но если “открутить” снимки Aqua на несколько дней назад с помощью Worldview, будет видно, что основным источником пыли является пустыня Гоби, расположенная во Внутренней Монголии.

К востоку от Корейского полуострова в море видно цветение фитопланктона, частично скрытое пылью.

#снимки #атмосфера

Энергия Солнца и Земли

На снимке полуострова Рейкьянес в Исландии, сделанном прибором VIIRS спутника Suomi NPP, встретились энергия Солнца и энергия Земли.

▶️ Worldview

Фоном изображения служит ночной композит “Black Marble” — комбинация каналов (DNB-DNB-M15), где DNB — канал ночной съёмки Day-Night Band, а M15 — яркостная температура. Ночные городские огни представлены оттенками жёлтого цвета, облака — оттенками синего. Лунный свет, отраженный от верхушек облаков и земной поверхности, также может придавать этим объектам жёлтый цвет.

Энергия Солнца проявляется в виде тонких нитей полярного сияния, протянувшихся через центр снимка. Полярные сияния — результат возмущений в магнитосфере Земли, вызванных солнечным ветром. Высокоэнергетические частицы солнечного ветра, прорвавшись в верхние слои атмосферы Земли, сталкиваются с атомами и молекулами атмосферных газов, возбуждая и ионизируя их. В ответ на это молекулы, атомы и ионы кислорода и азота атмосферы излучают кванты света на строго определенной длине волны. Атмосферный кислород излучает зелёный и красный свет, а азот светится синим и фиолетовым.

Энергия Земли выглядит как скопление ярко-красных точек. Это раскалённая лава вулкана Сундхнукур (Sundhnúkur), расположенного к юго-западу от столицы Исландии Рейкьявика. Извержение вулкана началось 16 марта 2024 года, а снимок сделан 16 апреля.

#снимки #вулкан #атмосфера

Опубликован список кандидатов в миссии NASA Earth System Explorer [ссылка]

7 мая NASA опубликовало список из четырёх предложений-кандидатов в миссии программы Earth System Explorer (https://explorers.larc.nasa.gov/2023ESE/). Кандидаты получат от агентства по 5 млн долларов для проведения исследований с целью уточнения концепции миссии. Этот этап работы продлится год. Затем NASA отберёт две миссии для реализации. Первая должна быть запущена к 2030 году, вторая — к 2032 году. Стоимость миссии без учёта стоимости запуска не должна превышать 310 млн долларов.

Миссии, выбранные NASA:

🛰 Stratosphere Troposphere Response using Infrared Vertically-Resolved Light Explorer (STRIVE) — обеспечит ежедневные, почти глобальные, измерения температуры, различных атмосферных элементов и свойств аэрозолей от верхней тропосферы до мезосферы — с гораздо большей пространственной плотностью, чем любая из предыдущих миссий. Кроме того, STRIVE будет также измерять вертикальные профили озона и следовых газов, необходимых для мониторинга и понимания процесса восстановления озонового слоя.

🛰 Ocean Dynamics and Surface Exchange with the Atmosphere (ODYSEA) будет одновременно измерять поверхностные течения и ветры в океане, чтобы улучшить наше понимание взаимодействия атмосферы и океана, а также процессов поверхностных течений, которые влияют на погоду, климат, морские экосистемы и благосостояние людей.

🛰 Earth Dynamics Geodetic Explorer (EDGE) будет наблюдать за трёхмерной структурой наземных экосистем и топографией поверхности ледников, ледяных щитов и морского льда в процессе их изменения под воздействием климата и деятельности человека. Миссия станет продолжением современных миссий ICESat-2 и GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation).

🛰 Carbon Investigation (Carbon-I) позволит выполнять одновременные измерения важнейших парниковых газов, что поможет изучить процессы, определяющие естественные и антропогенные выбросы. Миссия обеспечит беспрецедентное пространственное разрешение и глобальный охват, что поможет лучше понять углеродный цикл и глобальный баланс потоков метана.

NASA создало программу Earth System Explorer в ответ на рекомендации десятилетнего обзора наук о Земле 2018 года (Decadal Survey for Earth Science and Applications from Space).

#США #GHG #лед #лидар #океан #атмосфера

Определение скорости ветра и высоты облаков по измерениям пары низкоорбитальных спутников

📖 Carr, J. L., Wu, D. L., Friberg, M. D., & Summers, T. C. (2023). Multi-LEO Satellite Stereo Winds. Remote Sensing, 15(8), 2154. https://doi.org/10.3390/rs15082154

Метод stereo-winds позволяет определять характеристики облаков с нескольких направлений наблюдения в течение нескольких периодов времени, как правило, с использованием нескольких спутниковых платформ. Разновременные наблюдения дают информацию о скорости ветра, а наблюдаемый параллакс между направлениями обзора — информацию о высоте облаков (про определение высоты облаков см. также здесь). Метод не требует предварительных предположений о тепловом профиле атмосферы для определения высоты ветра, поскольку высота отслеживаемого объекта определяется непосредственно из геометрии обзора. Метод хорошо разработан для пар геостационарных спутников и геостационарного спутника в паре с низкоорбитальным. Однако оба эти варианта не обеспечивают покрытие полюсов.

В статье разработан метод stereo-winds для конфигураций с несколькими низкоорбитальными спутниками, чтобы расширить зону покрытия от полюса до полюса. Самыми перспективными из изученных группировок признаны Terra/MODIS и Sentinel-3/SLSTR. Работоспособность метода проверяется с помощью измерений рельефа при ясном небе, данных космического лидара и реанализа ветра зимой и летом на обоих полюсах. Области применения метода варьируются от циркуляции полярной атмосферы до определения облачности в ночное время. Обнаружение низкой облачности во время полярной ночи является чрезвычайно сложной задачей для дистанционного зондирования из космоса. Метод stereo-winds может улучшить наблюдения за полярными облаками в других сложных условиях.

#атмосфера #погода

Запущен спутник EarthCARE для исследования облаков и аэрозолей

28 мая 2024 г. в 22:20 UTC с базы Космических сил США “Ванденберг” (шт. Калифорния, США) осуществлён запуск ракеты-носителя Falcon-9FT Block-5 с научным спутником EarthCARE (Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer). Космический аппарат успешно выведен на околоземную орбиту.

EarthCARE — это шестая из миссий программы ESA Earth Explorer. Она реализуется совместно ESA и JAXA. Основной целью миссии является наблюдение и определение характеристик облаков и аэрозолей, а также измерение отраженного солнечного излучения и инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью и атмосферой Земли. Работы над созданием спутника EarthCARE начались ещё в мае 2008 года.

Спутник со стартовой массой 2350 кг оснащён четырьмя приборами:

1️⃣ Лидар Atmospheric Lidar (ATLID) обеспечит измерение вертикальных профилей аэрозолей и тонких облаков. Он будет работать на длине волны 355 нм, имеет приемник с высоким спектральным разрешением, а также канал деполяризации.
2️⃣ Радар Cloud Profiling Radar (CPR) будет измерять вертикальные профили облаков и наблюдать вертикальные скорости облачных частиц с помощью доплеровских измерений. Он работает на частоте 94 ГГц.
3️⃣ Мультиспектральная камера Multi-Spectral Imager (MSI) будет собирать информацию об облаках и аэрозолях с помощью каналов в видимом, ближнем инфракрасном, коротковолновом и тепловом инфракрасном диапазонах.
4️⃣ Радиометр Broad-Band Radiometer (BBR) предназначен для измерения излучения и потоков в верхней части атмосферы. Он имеет один коротковолновый и один длинноволновый канал с тремя фиксированными направлениями обзора, направленными в надир и в корму.

Плановый срок работы EarthCARE на орбите — 3 года.

Отделение EarthCARE от ракеты-носителя

#атмосфера #климат

Сенсор для измерения качества воздуха готов к работе на новом метеорологическом спутнике [ссылка]

После нескольких месяцев испытаний прибор Copernicus Sentinel-5 доставлен на завод Airbus во Франции для подготовки к установке на первом метеорологическом спутнике MetOp второго поколения.

Хотя Copernicus Sentinel-5 не является самостоятельным спутником, он считается миссией программы Copernicus, которая будет осуществляться на метеорологических спутниках MetOp второго поколения типа А. Первый из подобных спутников, как ожидается, будет запущен в 2025 году.

Sentinel-5 продолжит наблюдения, начатые в 2017 году спутником Sentinel-5 Precursor.

📸 Sentinel-5

#атмосфера #GHG

Алгоритм восстановления распределения содержания двуокиси азота (NO2) в тропосфере по гиперспектральным данным “Ресурс-П” с рекордно высоким горизонтальным пространственным разрешением — 2,4 км.

Мы уже писали об этих исследованиях здесь. Сейчас у Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН появился свой телеграм-канал, где есть более подробная информация и ссылки на статьи. Надеемся, что с новым спутником “Ресурс-П” №4 исследования в этом направлении продолжатся.

#атмосфера

Глобальные данные PM2.5 по результатам наблюдений из космоса

В данных Global Monthly Satellite-derived PM2.5 (V6.GL.02) представлены ежегодные и ежемесячные оценки содержания в воздухе на уровне земли мелкодисперсных твёрдых частиц PM2.5 за период с 2000 по 2022 год. Пространственное разрешение данных: 0,01° × 0,01° (≈ 1 км × 1 км).

Данные получены путем интеграции измерений оптической толщины аэрозоля (Aerosol Optical Depth, AOD), полученных с помощью спутниковых приборов NASA — MODIS, MISR, SeaWIFS и VIIRS, и модели химического переноса GEOS-Chem. После чего оценки PM2.5 откалиброваны с помощью остаточной свёрточной нейронной сети по глобальным наземным наблюдениям.

PM2.5 — это мельчайшие частицы, размером от 0,001 до 2,5 микрометра (мкм), находящиеся в воздухе. PM — сокращённое английское Particulate Matter — твёрдые частицы. Значение PM2.5 определяется в весе — количестве микрограмм на кубический метр (мкг/м³).

📖 Shen, S. Li, C. van Donkelaar, A. Jacobs, N. Wang, C. Martin, R. V. Enhancing Global Estimation of Fine Particulate Matter Concentrations by Including Geophysical a Priori Information in Deep Learning. (2024) ACS ES&T Air. https://doi.org/10.1021/acsestair.3c00054

🛢 Данные в формате NetCDF
🌍 Данные на GEE

#атмосфера #данные #GEE

Специалисты Морского гидрофизического института РАН обнаружили, что при наличии пылевого аэрозоля данные спутника NASA SeaHawk систематически недооценивают значения коэффициента яркости морской поверхности [ссылка]

Спутник SeaHawk CubeSat, запущенный в 2018 году, предназначен для наблюдения за цветом океана. Установленный на его борту прибор Hawkeye позволяет получать снимки с пространственным разрешением 120 метров, которое для данных задач считается высоким. Использование данных Hawkeye имеет важное значение для изучения прибрежных районов и внутренних морей, включая Черное море. Тем не менее, наблюдения спутника могут быть искажены из-за наличия в атмосфере пылевого аэрозоля, который регулярно перемещается над Черным морем из пустынь Сахары и Ближнего Востока.

Кроме недооценки значения коэффициента яркости морской поверхности было установлено, что зависимость ошибок от атмосферной коррекции изменяется в зависимости от длины волны и имеет вид степенной функции, в которой показатель колеблется в диапазоне от минус трех до минус девяти. Особенно существенные погрешности наблюдаются в коротковолновой части спектра.

Эти выводы являются важным шагом к улучшению точности данных Hawkeye при измерениях состояния морской поверхности в условиях пылевого аэрозоля над Черным морем.

📸 Художественное изображение спутника SeaHawk CubeSat.

#океан #атмосфера

Первые изображения с широкополосного радиометра спутника EarthCARE

Спутник EarthCARE, запущенный 28 мая нынешнего года, получил первые изображения, сделанные с помощью широкополосного радиометра (Broad-Band Radiometer).

На 📸 снимке показана яркость, измеренная в прямом направлении вдоль трассы EarthCARE через западное Средиземноморье, на участке протяженностью 1300 км от северной Испании до Алжира. Эта яркость показывает, сколько солнечной энергии отражается обратно в космос. Хотя данные показывают чёткий переход между побережьем Испании и Средиземным морем, над открытым морем разница в показаниях прибора невелика. Переход от более тёмных к более ярким цветам ближе к побережью Алжира объясняется наличием аэрозолей и разреженной облачности.

EarthCARE — шестая из миссий программы ESA Earth Explorer. Основной целью миссии является наблюдение и определение характеристик облаков и аэрозолей, а также измерение отраженного солнечного излучения и инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью и атмосферой Земли.

#атмосфера #снимки

Первые изображения с прибора Multi-Spectral Imager спутника EarthCARE [ссылка]

Запущенный два с половиной месяца назад спутник ESA EarthCARE уже получил изображения от трёх из четырех своих приборов.

Первыми были получены снимки, сделанные радаром Cloud Profiling Radar, измеряющим вертикальные профили облаков. В начале июля получены первые снимки с широкополосного радиометра Broad-Band Radiometer, предназначенного для измерения излучения и потоков энергии в верхней части атмосферы. Наконец, в конце июля были получены первые снимки, сделанные прибором мультиспектральной съёмки — Multi-Spectral Imager.

Лидар и радар измеряют вертикальные профили в довольно узкой полосе непосредственно под спутником. Multi-Spectral Imager обеспечивает гораздо более широкую полосу захвата (160 км), что, вместе с вертикальными профилями, позволяет создавать трёхмерные сцены. Multi-Spectral Imager также предоставляет спектральную информацию, используемую для повышения точности наблюдений широкополосного радиометра.

Multi-Spectral Imager состоит из двух камер: одна снимает в видимом, ближнем инфракрасном и коротковолновом инфракрасном (VIS-NIR-SWIR) диапазонах электромагнитного спектра, а другая — в тепловом инфракрасном диапазоне. Снимки, полученные в этих спектральных диапазонах, позволят учёным разделять между собой различные типы облаков и аэрозолей, а также измерять температуру облаков.

На первом снимке от 17 июля изображена гроза в Италии, к западу от Рима. На левой части снимка, сделанной в RGB-комбинации каналов VIS-NIR-SWIR, отчётливо видно большое одиночное облако. Высота этого грозового облака, вероятно, составляла 11 км. На правой части снимка, где используется тепловой инфракрасный диапазон (TIR) прибора, видно, что температура в верхней части этого облака было около –50°C, а на земле под ним — около +30°C. На тепловой части снимка также хорошо выделяются окружающие низкие облака, особенно над Адриатическим морем.

#облака #атмосфера #снимки

Обнаружение выбросов диоксида азота по данным Sentinel-2 и Landsat

Диоксид азота относится к одним из самых распространенных видов выбросов в атмосферу, имеющих антропогенное происхождение. Он образуется в ходе протекания фотохимических реакций оксидов в атмосфере. Их источниками в свою очередь являются различные продукты сгорания и отходы предприятий промышленного сектора.

Несмотря на то, что спутники картографируют концентрацию диоксида азота, начиная с 1990-х годов, их разрешения обычно недостаточно, чтобы определить точечные источники выбросов, такие как электростанции.

📖 В недавнем исследовании учёные использовали снимки со спутника Sentinel-2 для наблюдения шлейфов диоксида азота от электростанций, что стало значительным шагом вперед в мониторинге загрязнения воздуха. Для обнаружения шлейфов и измерения концентрации диоксида азота использовались каналы видимого и ближнего инфракрасного диапазонов съёмочной аппаратуры Sentinel-2 и Landsat. Наличие многолетних временных рядов данных Landsat позволило проанализировать тенденции выбросов с течением времени.

Объектом исследования стали электростанции в Саудовской Аравии и США. Исследователи использовали изображения в синем и ультра-синем (Ultra Blue) каналах обоих спутников для выявления шлейфов диоксида азота.

Снимки высокого (10–30 метров) разрешения позволили оценить уровень выбросов оксидов азота нескольких крупных электростанций, в том числе в Эр-Рияде (Саудовская Аравия) и в Вайоминге (США). В частности, на электростанции № 9 в Эр-Рияде анализ снимков за 13 лет (с 2009 по 2021 год) показал значительные сезонные колебания выбросов. Летом, когда активно используются кондиционеры, выбросы достигают максимума.

Руководитель работы Даниэль Варон (Daniel J. Varon) так прокомментировал результаты исследований: “Эта неожиданная возможность означает, что спутники Landsat и Sentinel-2 могут использоваться для обнаружения выбросов диоксида азота с тонким пространственным разрешением, что особенно полезно в городской застройке, где источники загрязнения многочисленны и расположены близко друг к другу”.

Думается, что говоря о неожиданных возможностях, Даниэль немного лукавит. Он известен своими работами по применению данных Sentinel-2 и Landsat для мониторинга выбросов метана, так что наверняка знал, что и где искать.

Как и в случае с метаном, использование Sentinel-2 и Landsat для мониторинга выбросов диоксида азота не лишено проблем. По словам Варона: “… спутники лучше всего работают на ярких и однородных поверхностях и могут испытывать трудности в районах со сложным рельефом или тёмными поверхностями.”.

Результаты исследования расширяют возможности применения спутников Sentinel-2 и Landsat, позволяя им вносить вклад в мониторинг качества воздуха.

📸 Шлейфы диоксида азота над электростанцией № 9 в Эр-Рияде (источник).

#атмосфера #sentinel2

Новый метод решения обратной задачи количественной оценки источников выбросов парниковых газов по данным спутниковых наблюдений за концентрацией этих газов в атмосфере:

📖 Koene, E. F. M., Brunner, D., & Kuhlmann, G. (2024). On the Theory of the Divergence Method for Quantifying Source Emissions From Satellite Observations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129(12). Portico. https://doi.org/10.1029/2023jd039904

#атмосфера #GHG

Пирокумулятивные облака, вызванные лесными пожарами в Канаде

Пирокумулятивные облака — это облака, вызванные пожаром или вулканической активностью. Огонь создаёт конвективные восходящие потоки, которые по мере подъёма при достижении уровня конденсации приводят к образованию облаков — сначала кучевых, а при благоприятных условиях — и кучево-дождевых.

При этом могут возникать пирогенные бури — грозы, усилившиеся из-за лесных пожаров. Они поднимают шлейфы дыма высоко в воздух, часто достигая стратосферы. Эти шлейфы дыма способны распространяться на большие расстояния, влияя на качество воздуха за тысячи километров от мест своего возникновения. Расположение и движение шлейфов дыма можно отслеживать из космоса.

Одним из приборов, которые используются для отслеживания шлейфов дыма, является Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS), размещённый на борту спутников Suomi NPP, NOAA-20 и NOAA-21. Хотя OMPS был разработан для измерения атмосферного озона, он также применяется для обнаружения атмосферных аэрозолей, таких как вулканический пепел, пыль и дым. Один из продуктов OMPS, Aerosol Index (индекс аэрозолей), очень полезен для мониторинга и отслеживания движения атмосферных аэрозолей, поскольку может обнаруживать их над любым типом земной поверхности (включая лёд) и в облаках.

Этим летом снова напомнили о себе лесные пожары в Канаде. На серии 📸 снимков, охватывающей период с 19 июля (левый верхний снимок) по 24 июля (правый нижний снимок), показаны значения аэрозольного индекса OMPS со спутника NOAA-21, расположенные поверх данных прибора VIIRS того же спутника (комбинация “естественные цвета”). Более высокие значения аэрозольного индекса обозначены жёлтым и темно-жёлтым цветом, и представляют собой дым большей плотности (и высоты).

🛢 Данные аэрозольного индекса OMPS в режиме, близком к реальному времени: описание, скачать

#пожары #атмосфера #данные

Глобальные данные о приземной концентрации частиц PM2.5

В данных Global Annual PM2.5 Grids from MODIS, MISR, SeaWiFS and VIIRS Aerosol Optical Depth (AOD), v5.04 (1998 – 2022) представлены годовые глобальные приземные концентрации (в единицах микрограммов на кубический метр) мелкодисперсных частиц диаметром менее или равным 2,5 микрона (PM2.5). Данные получены спутниковыми приборами MODIS, MISR, SeaWiFS и VIIRS.

В наборе сочетаются данные об Aerosol Optical Depth, полученные с помощью нескольких спутниковых алгоритмов, и данные, представленные в виде сетки с разрешением 0,01° (около 1 км). Данные распространяются в виде файлов GeoTIFF и netCDF в проекции WGS84.

🔗 Страница данных

#атмосфера #данные

Сравнение наземных и спутниковых измерений аэрозольной оптической толщины на NASA Worldview

Добавление на онлайн-платформу NASA Worldview слоя аэрозольной оптической толщины (aerosol optical depth, AOD), полученного в режиме, близком к реальному времени, сетью наземных роботизированных станций AERONET, позволяет сравнивать результаты наземных и спутниковых измерений AOD. Посмотрим, как это работает на примере лесных пожаров в Канаде:

🗺 Карта Worldview

Базовая карта представляет собой скорректированную отражательную способность поверхности по данным прибора VIIRS спутника Suomi NPP. На нее наложен слой VIIRS Dark Target Aerosol Optical Thickness (Land and Ocean), полученный по данным того же прибора. Ежедневные данные AERONET AOD 500 nm представлены кружками с различными оттенками желтого и красного.

Аэрозольная оптическая толщина — безразмерная величина, которая характеризует ослабление света при прохождении через атмосферу в зависимости от концентрации аэрозолей. Для наземного наблюдателя AOD менее 0,1 видится как чистое голубое небо, яркое солнце и максимальная видимость. При увеличении AOD до 0,5, 1,0 и выше 3,0 аэрозоли становятся настолько плотными, что заслоняют Солнце. Наряду с дымом от лесных пожаров, другими источниками аэрозолей являются загрязнения от заводов, пыль от песчаных бурь, вулканический пепел и смог.

Если навести курсор на кружок, отображающий данные сети AERONET, можно увидеть название узла сети, его координаты и значение AOD.

#атмосфера