Analiza globalnych profili aerozoli
Aerozole to drobne cząsteczki zawieszone w ziemskiej atmosferze, które mają znaczący wpływ na światowy klimat. Oddziałują one z promieniowaniem słonecznym i są kluczowe dla tworzenia się chmur. Te niewielkie cząsteczki pochodzą z różnych źródeł naturalnych i będących efektem działalności człowieka, takich jak pustynie i przemysł. To różnorodne pochodzenie, a także różnice dotyczące wymiarów czasowych i przestrzennych, stanowią poważne wyzwanie dla naukowców, którzy chcą monitorować i charakteryzować aerozole. „Cząsteczki aerozoli są w związku z tym jednym z głównych źródeł niepewności w prognozach klimatycznych”, mówi Daniel Perez-Ramirez, badacz na Wydziale Fizyki Stosowanej na Uniwersytecie w Granadzie i koordynator projektu GRASP-ACE. Naukowcy skupieni wokół finansowanego przez UE projektu GRASP-ACE starali się zmniejszyć niepewność związaną z tymi cząstkami, opracowując kod open-source pozwalający na łączenie pomiarów aerozoli z różnych instrumentów satelitarnych. Są to między innymi instrumenty lidarowe – to stosunkowo nowa technologia, która wykorzystuje lasery do pomiaru obiektów.
Kod open-source do teledetekcji
Generalized Retrieval of Atmospheric and Surface Properties (GRASP) to kod open-source umożliwiający łączenie różnych pomiarów teledetekcyjnych wrażliwych na właściwości optyczne aerozoli i powierzchni. Kod GRASP był z powodzeniem stosowany już wcześniej, ale pojawienie się lidaru satelitarnego otwiera przed badaczami nowe możliwości. Ta aktywna technika teledetekcji pozwala charakteryzować atmosferę w pionie dzięki zastosowaniu laserów impulsowych i zaawansowanej detekcji elektronicznej. LIDAR ma jednak pewne ograniczenia w zakresie analizy mikrofizycznych właściwości atmosfery, w tym w szczególności aerozoli.
LIDAR o wielu lub pojedynczych długościach fal sposobem na określanie właściwości mikrofizycznych aerozoli
Projekt GRASP-ACE, realizowany przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, pozwolił na kompleksowe zbadanie możliwości określania właściwości mikrofizycznych aerozoli za pomocą samych pomiarów lidarowych o wielu długościach fal. „Doszliśmy do wniosku, że trzeba zastosować ograniczenia a priori dotyczące typów aerozoli, co utrudnia pełne scharakteryzowanie aerozoli w skali globalnej”, twierdzi Perez-Ramirez. „Co więcej, pomiary lidarowe na wielu długościach fal są bardzo skomplikowane i drogie, co ogranicza możliwości ich stosowania do uzyskiwania rozszerzonych zestawów danych”, dodaje. Zespół GRASP-ACE zbadał w związku z tym zastosowanie lidaru o pojedynczej długości fali w połączeniu z pasywną teledetekcją, taką jak polarymetria (pomiar polaryzacji światła słonecznego), do pomiarów satelitarnych i fotometrię słoneczną (pomiar światła słonecznego) do pomiarów naziemnych. „Korzystając z pomiarów lidarowych w ramach GRASP w połączeniu z innymi pasywnymi pomiarami teledetekcyjnymi, można określić te pionowo rozdzielcze właściwości mikrofizyczne aerozoli”, dowodzi Perez-Ramirez. Ponieważ pomiary lidarowe na pojedynczej długości fali są znacznie łatwiejsze i tańsze, pozwoli to obniżyć koszty przyszłych misji kosmicznych związanych z analizą aerozoli.
Nowe możliwości w dziedzinie pomiarów aerozoli
„Ważnym osiągnięciem naszego projektu jest umożliwienie połączenia pomiarów lidarowych i polarymetrycznych w celu uzyskania pionowo rozdzielczych właściwości aerozoli, co do tej pory nie było wykonalne”, wyjaśnia Perez-Ramirez. „Szczególnie ważna będzie możliwość charakteryzowania rozkładu wielkości i właściwości absorpcyjnych aerozoli”, dodaje. Po tym jak omawiany projekt przyniósł obiecujące wyniki, zatwierdzono do realizacji nowy projekt finansowany przez UE, GRASP-SYNERGY. Jego celem będzie połączenie informacji z różnych czujników satelitarnych przy użyciu algorytmu GRASP. Badania te będą wspierać misję Atmosphere Observing System (AOS) prowadzoną przez NASA we współpracy z innymi agencjami kosmicznymi i zaplanowaną na rok 2029. Algorytm GRASP pozwala na obniżenie kosztów misji dzięki wykorzystaniu informacji z tańszych pomiarów lidarowych na pojedynczej długości fali. „Architektura misji zakłada połączenie lidaru i polarymetrii, dzięki czemu GRASP jest kluczowym elementem dla optymalizacji i sukcesu misji”, mówi Perez-Ramirez.
Słowa kluczowe
GRASP-ACE, aerozol, klimat, chmury, wielkość, rozkład, pochodzenie, czujniki, LIDAR, NASA, kod
