Mediciones espaciales de dióxido de carbono

Se utiliza para ayudar a responder preguntas sobre el ciclo del carbono de la Tierra.

Concepción artística de OCO-2 , el segundo satélite exitoso de observación de CO2 de alta precisión (mejor que 0,3% ₎ .

Las mediciones espaciales del dióxido de carbono (CO ₂ ) se utilizan para ayudar a responder preguntas sobre el ciclo del carbono de la Tierra . Hay una variedad de instrumentos activos y planificados para medir el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra desde el espacio. La primera misión satelital diseñada para medir el CO ₂ fue el Monitor Interferométrico de Gases de Efecto Invernadero (IMG) a bordo del satélite ADEOS I en 1996. Esta misión duró menos de un año. Desde entonces, se han comenzado a realizar mediciones espaciales adicionales, incluidas las de dos satélites de alta precisión (mejor que 0,3% o 1 ppm) ( GOSAT y OCO-2 ). Los diferentes diseños de instrumentos pueden reflejar diferentes misiones principales.

Objetivos y aspectos destacados de los hallazgos

Existen preguntas pendientes en la ciencia del ciclo del carbono que las observaciones satelitales pueden ayudar a responder. El sistema terrestre absorbe aproximadamente la mitad de todas las emisiones antropogénicas _de CO2 . ^[1] Sin embargo, no está claro exactamente cómo se reparte esta absorción entre las diferentes regiones del planeta. Tampoco se sabe con certeza cómo se comportarán las diferentes regiones en términos de flujo de CO2 _en un clima diferente. Por ejemplo, un bosque puede aumentar la absorción de CO2 _debido a la fertilización o al efecto β, ^[2] o podría liberar CO2 _debido al aumento del metabolismo de los microbios a temperaturas más altas. ^[3] Estas preguntas son difíciles de responder con conjuntos de datos históricamente limitados, tanto espacial como temporalmente.

Aunque las observaciones satelitales de CO ₂ son relativamente recientes, se han utilizado para diversos propósitos, algunos de los cuales se destacan aquí:

• Se observaron aumentos de CO2 en megaciudades con el _satélite GOSAT y se estimaron cambios mínimos observables en las emisiones desde el espacio. ^[4]
• Las observaciones satelitales se han utilizado para visualizar cómo se distribuye el CO _{2 a nivel global,} ^[5] incluidos estudios que se han centrado en las emisiones antropogénicas. ^[6]
• Se realizaron estimaciones del flujo de CO ₂ hacia dentro y hacia fuera de diferentes regiones. ^{[7] [8]}
• Se observaron correlaciones entre temperaturas anómalas y mediciones de CO _{2 en regiones} boreales . ^[9]
• Se utilizaron patrones asimétricos zonales de CO _{2 para observar las firmas de combustibles fósiles.} ^[10]
• Se midieron las tasas de emisión de metano a partir de incendios forestales. ^[11]
• Se analizaron las proporciones de emisiones de CO ₂ con monóxido de carbono (un marcador de combustión incompleta) medidas por el instrumento MOPITT en las principales regiones urbanas del mundo para medir el estado de desarrollo/en desarrollo. ^[12]
• Las observaciones de OCO-2 se utilizaron para estimar las emisiones de CO ₂ de los incendios forestales en Indonesia en 2015. ^[13]
• Las observaciones de OCO-2 también se utilizaron para estimar el exceso de flujo tierra-océano debido al fenómeno de El Niño de 2014-2016 . ^{[14] [15]}
• Las observaciones de GOSAT se utilizaron para atribuir el fenómeno de El Niño Modoki 2010-2011 al balance de carbono brasileño. ^[16]
• Las observaciones de OCO-2 se utilizaron para cuantificar las emisiones de CO _{2 de plantas de energía individuales, lo que demuestra el potencial para el futuro monitoreo de las emisiones de CO 2} desde el espacio . ^[17]

Desafíos

La teledetección de gases traza presenta varios desafíos. La mayoría de las técnicas se basan en la observación de la luz infrarroja reflejada por la superficie de la Tierra. Debido a que estos instrumentos utilizan espectroscopia , en cada huella de sondeo se registra un espectro, lo que significa que hay una cantidad significativamente mayor de datos (alrededor de 1000 veces) para transferir de lo que se requeriría de un solo píxel RGB . Los cambios en el albedo de la superficie y los ángulos de visión pueden afectar las mediciones, y los satélites pueden emplear diferentes modos de visualización en diferentes ubicaciones; esto puede tenerse en cuenta en los algoritmos utilizados para convertir los datos brutos en mediciones finales. Al igual que con otros instrumentos espaciales, se deben evitar los desechos espaciales para prevenir daños. ^{[ cita requerida ]}

El vapor de agua puede diluir otros gases en el aire y, por lo tanto, cambiar la cantidad de CO ₂ en una columna sobre la superficie de la Tierra, por lo que a menudo se informan las fracciones molares de aire seco promedio de la columna (X _{CO 2 ). Para calcular esto, los instrumentos también pueden medir O 2} , que se diluye de manera similar a otros gases, o los algoritmos pueden tener en cuenta la presión del agua y la superficie de otras mediciones. ^[18] Las nubes pueden interferir con las mediciones precisas, por lo que las plataformas pueden incluir instrumentos para medir las nubes. Debido a las imperfecciones de las mediciones y los errores en el ajuste de las señales para obtener X _{CO 2} , las observaciones basadas en el espacio también pueden compararse con las observaciones terrestres, como las del TCCON . ^[19]

Lista de instrumentos

Mediciones de columnas parciales

Además de las mediciones de la columna total de CO ₂ hasta el suelo, ha habido varias sondas de limbo que han medido el CO ₂ a través del borde de la atmósfera superior de la Tierra, e instrumentos térmicos que miden la atmósfera superior durante el día y la noche.

• El sondeo de la atmósfera mediante radiometría de emisión de banda ancha (SABER) a bordo del TIMED, lanzado el 7 de diciembre de 2001, realiza mediciones en la mesosfera y la termosfera inferior en bandas térmicas. ^[54]
• El ACE-FTS (Experimento de Química Atmosférica-Espectrómetro de Transformada de Fourier) a bordo del SCISAT-1 , lanzado el 13 de agosto de 2003, mide los espectros solares, a partir de los cuales se pueden calcular los perfiles de CO _2. ^[55]
• SOFIE (Experimento de Ocultación Solar para Hielo) es un sondeo de extremidades a bordo del satélite AIM lanzado el 25 de abril de 2007. ^[56]

Misiones conceptuales

Ha habido otras misiones conceptuales que han sido objeto de evaluaciones iniciales pero que no han sido elegidas para formar parte de los sistemas de observación basados ​​en el espacio. Entre ellas se incluyen:

• La detección activa de emisiones de CO ₂ durante noches, días y estaciones (ASCENDS) es una misión basada en lidar ^[57]
• Espectrómetro de transformada de Fourier geoestacionario (GeoFTS) ^[58]
• La Misión de Imágenes Atmosféricas para las Regiones del Norte (AIM-North) implicaría una constelación de dos satélites en órbitas elípticas para centrarse en las regiones del norte. ^{[59] [60]} El concepto está siendo sometido a un estudio de Fase 0 en 2019-2020.
• Carbon Monitoring Satellite (CarbonSat) fue un concepto para un satélite de toma de imágenes con cobertura global cada seis días aproximadamente. Esta misión nunca pasó de la fase conceptual. ^[61]

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