Исследователи указывают перспективный подход к анализу атмосферных частиц из космоса. Новый анализ показал, что для глобального мониторинга микроскопических частиц, или аэрозолей, в стратосферном слое атмосферы необходимы расширенные возможности спутниковых приборов. Аэрозоли в стратосфере, расположенные выше приблизительно 12 километров, резко возрастают после извержения вулкана, что приводит к изменениям климата Земли и предоставляет критическую возможность для тестирования научных моделей, предназначенных для прогнозирования краткосрочных и долгосрочных изменений климата.

Фото: CC0 Public Domain

Исследователи из НАСА Института космических исследований им. Годдарда в Нью-Йорке и Национальной академии наук в Киеве, Украина, сообщают о новых находках в журнале «Оптическое общество» (OSA) Optics Express.

При извержении вулкана большое количество золы и частиц серной кислоты может покрыть всю планету, блокируя большую часть солнечного света и временно вызывая глобальное похолодание. В настоящее время ученые изучают вопрос о том, можно ли использовать этот общий эффект для противодействия глобальному потеплению путем введения искусственных аэрозолей в стратосферу. Такие геоинженерные проекты также потребуют способа контроля количества и размера искусственных частиц в стратосфере и возникающего в результате воздействия климата.

«Глобальная природа природных и искусственных стратосферных аэрозолей означает, что для получения исчерпывающей информации об их свойствах и распределении необходим специализированный орбитальный инструмент», – сказала Жанна Длугач, член исследовательской группы из Национальной академии наук Украины. , «Эта информация крайне важна для тестирования климатических моделей и для мониторинга климатических эффектов от потенциальных геоинженерных проектов и крупных извержений вулканов, которые могут повлиять на жизнедеятельность всего населения».

Мониторинг аэрозолей из космоса

В течение следующего десятилетия НАСА планирует выполнить специализированную миссию по мониторингу аэрозолей и облаков на Земле. Эта миссия будет включать в себя прибор, который измеряет не только яркость солнечного света, отраженного атмосферой и поверхностью Земли, но также и поляризацию света, которая несет богатую информацию о размере, составе и количестве частиц аэрозоля.

«Технические характеристики этого будущего поляриметра в настоящее время являются предметом активных дискуссий среди научного сообщества», – сказал Михаил Мищенко, член исследовательской группы из НАСА. «Наша статья привносит в эту дискуссию необходимость мониторинга не только аэрозолей в нижних слоях атмосферы, но также стратосферных аэрозолей, которые могут стать важной частью климатической системы в случае крупного извержения вулкана или реализации масштабной программы геоинженерии».

В измерениях отраженного солнечного света орбитальными приборами обычно преобладают яркие водяные облака, поверхность земли и аэрозоли, обнаруженные в тропосфере – атмосферном слое, ближайшем к земле. «Это не проблема, когда стратосферные аэрозоли минимальны и, следовательно, не важны по сравнению с тропосферными аэрозолями», – пояснил Длугач. «Однако становится необходимым отделить свет, исходящий от стратосферных аэрозолей в случае извержений вулканов или геоинженерных работ».

Отделение стратосферных аэрозолей

В новом исследовании исследователи утверждают, что любой будущий орбитальный прибор для мониторинга аэрозолей должен обеспечивать измерения в узком спектральном канале с центром в 1,378 микрометров. «На этой длине волны водяной пар в тропосфере может почти полностью поглощать солнечный свет, рассеянный облаками, земными поверхностями и тропосферными аэрозолями», – сказал Мищенко. «Это позволяет нам вывести свойства стратосферных аэрозолей отдельно от свойств тропосферных аэрозолей».

Исследователи использовали смоделированные измерения, чтобы определить лучший способ измерения стратосферных аэрозолей. Они начали с использования реалистичной модели стратосферных аэрозолей для расчета теоретической яркости и поляризации солнечного света, которые эти аэрозоли отразят в космосе. Затем они добавили ошибки измерения, которые имитируют ошибки, найденные в реальных спутниковых данных. Получив полученную информацию, они смоделировали несколько типов реалистичных измерений, чтобы определить, какой из них предоставляет достаточную информацию для определения количества, размера и состава стратосферных аэрозолей.

«Мы обнаружили, что измерение яркости света само по себе не позволяет сделать вывод о стратосферных аэрозолях», – сказал Длугач. «Наш анализ показывает, что будущая космическая миссия по мониторингу аэрозолей должна включать в себя инструмент, который может получать точные измерения поляризации земной сцены под разными углами на длине волны 1,378 микрометров».

Сильный канал поглощения водяного пара необходим для подавления света, исходящего из нижней атмосферы и поверхности, в то время как точные измерения поляризации под разными углами дают подробную информацию о стратосферных аэрозолях.

Затем, исследователи планируют проанализировать более сложные условия наблюдения, которые будут устанавливать дополнительные требования к конструкции прибора. Они также хотят определить, будет ли выгодным сочетание определенных поляриметрических и лидарных наблюдений с одной и той же орбитальной платформы.

По материалам phys.org