Βήματα προς ένα μακροπρόθεσμο αρχείο σκόνης, καπνού και άλλων ατμοσφαιρικών αερολυμάτων από το διάστημα
Ενώ η λέξη «αεροζόλ» δημιουργεί εικόνες δοχείων ψεκασμού, για τους επιστήμονες της ατμόσφαιρας ο όρος αναφέρεται σε κάτι διαφορετικό:μικρά σωματίδια αιωρούμενα στην ατμόσφαιρα, συχνά πολλές φορές μικρότερα από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Τα αερολύματα μπορεί να είναι φυσικά ή ανθρωπογενή (το αποτέλεσμα ανθρώπινων δραστηριοτήτων) και περιλαμβάνουν ουσίες όπως ορυκτή σκόνη (που φυσά από ερήμους ή γυμνό έδαφος από τον άνεμο), καπνό (από πυρκαγιές καθώς και σκόπιμη καύση), τέφρα και θειικά άλατα από ηφαιστειακές εκρήξεις και απαέρωση, θαλάσσιο σπρέι, ομίχλη από βιομηχανικές δραστηριότητες ή εκπομπές βλάστησης και πολλά άλλα.
Μας ενδιαφέρουν τα αερολύματα για πολλούς λόγους. Διασκορπίζοντας και απορροφώντας το φως στην ατμόσφαιρα και αλληλεπιδρώντας με την ανάπτυξη των νεφών, επηρεάζουν τον καιρό και το κλίμα. Αυτή η αλληλεπίδραση με το φως μπορεί επίσης να επηρεάσει τις πιθανές αποδόσεις από τους σταθμούς ηλιακής ενέργειας (καθώς και την εναπόθεση σκόνης στα ίδια τα ηλιακά πάνελ, τα οποία στη συνέχεια πρέπει να καθαριστούν). Η σκόνη και η τέφρα στην ατμόσφαιρα μπορεί να είναι επικίνδυνα για τα αεροσκάφη και τα πλοία, απαιτώντας αλλαγές ή ακύρωση δρομολογίων σε πραγματικό χρόνο.
Τα υψηλά επίπεδα αερολυμάτων κοντά στο επίπεδο του εδάφους προκαλούν κακή ποιότητα αέρα – ιδιαίτερα εμφανές στις ειδήσεις αυτές τις μέρες σε μεγαλουπόλεις όπως το Πεκίνο και το Νέο Δελχί, αλλά σε καμία περίπτωση δεν περιορίζονται σε αυτές – που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα υγείας στους ανθρώπους (καθώς και σε άλλα ζώα, και ζημιές στα φυτά). Από την άλλη πλευρά, τα θρεπτικά συστατικά που μεταφέρονται στη σκόνη ορυκτών μπορούν να γονιμοποιήσουν μακρινά οικοσυστήματα μετά από εκτόξευση μεγάλων αποστάσεων. Οι μελέτες υποδεικνύουν, για παράδειγμα, ότι ο Αμαζόνιος λαμβάνει μεγάλη εισροή φωσφόρου από πηγές σκόνης στην έρημο Σαχάρα, ειδικά από την κατάθλιψη Bodélé στο Τσαντ, χιλιάδες μίλια μακριά.
Ομοίως με το πώς μπορούμε να δούμε αυτά τα γεγονότα όπως οι καταιγίδες σκόνης από το έδαφος, μπορούμε επίσης να τα δούμε από το διάστημα χρησιμοποιώντας δορυφορικά όργανα που έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν αυτό το ανακλώμενο ηλιακό φως. Έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι χρησιμοποιώντας μια ποικιλία δορυφορικών οργάνων για τη χρήση αυτών των μετρήσεων για την ποσοτικοποίηση της ποσότητας και μερικές φορές του τύπου των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα. Αυτό είναι ένα δύσκολο πρόβλημα γιατί αυτοί οι αλγόριθμοι πρέπει να μπορούν να λαμβάνουν υπόψη άλλους παράγοντες που επηρεάζουν τη φωτεινότητα του φωτός που φαίνεται από τους δορυφόρους. Ένα παράδειγμα είναι η ανάκλαση από την υποκείμενη επιφάνεια, ιδιαίτερα πάνω από τη γη, η οποία είναι πιο φωτεινή και πιο μεταβλητή στο χώρο και στο χρόνο, από τους ωκεανούς. Ένα δεύτερο είναι η παρουσία νεφών, τα οποία πρέπει να διακρίνονται από τα αερολύματα και να εμποδίζουν τη θέα των αερολυμάτων και την επιφάνεια κάτω από αυτά.
Νέοι αλγόριθμοι επεξεργασίας βελτιώνουν τις δορυφορικές πληροφορίες αεροζόλ
Ένα μειονέκτημα μέχρι σήμερα ήταν ότι οι τύποι οργάνων που μπορούν να ποσοτικοποιήσουν δυναμικά τη φόρτωση αερολύματος πάνω από τη γη έχουν πετάξει μόνο από τις αρχές του 21ου αιώνα. Για να κατανοήσουμε πώς έχουν αλλάξει τα αερολύματα, είναι επιθυμητό να έχουμε πολύ μεγαλύτερες χρονοσειρές, ιδιαίτερα για τις αναπτυσσόμενες χώρες που συχνά γνώρισαν μεγάλη εκβιομηχάνιση και ανάπτυξη κατά τα τέλη του 20ού αιώνα. Πριν από αυτούς τους πρόσφατους πιο ικανούς αισθητήρες, το κύριο μακροπρόθεσμο αρχείο οπτικών μετρήσεων προερχόταν από μια σειρά οργάνων γνωστών ως Προηγμένα Ραδιόμετρα Πολύ Υψηλής Ανάλυσης (AVHRRs), τα οποία άρχισαν να πετούν το 1979 και συνεχίζονται μέχρι σήμερα. Αυτά δεν είχαν χρησιμοποιηθεί ευρέως για παρακολούθηση αερολυμάτων στην ξηρά, κυρίως επειδή δεν έχουν μετρήσεις σε πολλά από τα κύρια μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση αερολυμάτων σε ξηρά και η ψηφιοποίησή τους (για τα προηγούμενα μέλη της σειράς) σήμαινε ότι τα δεδομένα μπορεί να είναι θορυβώδη.
Πρόσφατα, μια ομάδα με επικεφαλής τους επιστήμονες στο Goddard Space Flight Center της NASA στο Greenbelt, MD σε συνεργασία με την Ένωση Διαστημικών Ερευνών Πανεπιστημίων (USRA), το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ και το Science Systems and Applications παρουσίασαν μια απόδειξη της ιδέας για να καλύψει αυτό το κενό -Χρονικές σειρές αερολυμάτων ξηράς. Προσάρμοσαν τον λεγόμενο αλγόριθμο «Deep Blue», ο οποίος εφαρμόζεται συστηματικά στη NASA για την επεξεργασία δεδομένων από διάφορα δορυφορικά όργανα, συμπεριλαμβανομένων των MODerate Resolution Imaging Spectoradiometers (MODIS), για να λειτουργεί με δεδομένα AVHRR.
Η ομάδα το απέδειξε αυτό επεξεργάζοντας δεδομένα από τρεις από τις υπάρχουσες αποστολές AVHRR και τα συνέκρινε με δεδομένα MODIS καθώς και με επίγειες παρατηρήσεις, για να επικυρώσει τους προσαρμοσμένους αλγόριθμούς τους. Αν και τα AVHRR είναι εγγενώς πιο περιορισμένα, η ομάδα έδειξε ότι είναι δυνατό να εξαχθούν ποσοτικά χρήσιμες πληροφορίες αεροζόλ από αυτούς τους αισθητήρες. Τώρα σχεδιάζουν να εφαρμόσουν τους νέους τους αλγόριθμους στις πλήρεις εγγραφές AVHRR και να τους συγχωνεύσουν με το MODIS και άλλες προηγμένες εγγραφές αισθητήρων, υπερδιπλασιάζοντας το διαθέσιμο μήκος των συνόλων δεδομένων Deep Blue και βελτιώνοντας την κατανόησή μας για το πώς και πού αλλάζει το φορτίο αεροζόλ της Γης. .
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στα άρθρα με τίτλο Evaluation of NASA Deep Blue/SOAR aerosol retrieval algorithms εφαρμοσμένοι στις μετρήσεις AVHRR και Ανάκτηση σχεδόν παγκόσμιας φόρτωσης αερολύματος πάνω από τη γη και τον ωκεανό από AVHRR, που δημοσιεύονται στο Journal of Geophysical Research . Επικεφαλής αυτής της εργασίας ήταν η Christina Hsu από το Goddard Space Flight Center της NASA και ο Andrew Sayer από το GESTAR/USRA στο Goddard.
