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Instrumento de monitoreo de ozono


El instrumento de monitoreo de ozono ( OMI ) [1] es un espectrómetro visual y ultravioleta de observación del nadir a bordo de la nave espacial Aura de la NASA , que forma parte de la constelación de satélites A-Train . En este grupo de satélites, Aura vuela en formación unos 15 minutos detrás del satélite Aqua , los cuales orbitan la Tierra en un patrón polar heliosincrónico , y que proporciona una cobertura casi global en un día. El satélite Aura fue lanzado el 15 de julio de 2004, y OMI ha recopilado datos desde el 9 de agosto de 2004. [2]

Desde un punto de vista técnico, el instrumento OMI utiliza imágenes hiperespectrales para observar la radiación solar retrodispersada en el espacio con un rango espectral que abarca el espectro visible y ultravioleta. Sus capacidades espectrales fueron diseñadas para cumplir con los requisitos específicos de recuperación de cantidades totales de ozono en términos de exactitud y precisión. Además, sus características proporcionan una calibración automática radiométrica y de longitud de onda precisa para los requisitos del proyecto a largo plazo.

Proyecto OMI

El proyecto OMI es una cooperación entre la Agencia Holandesa para Programas Aeroespaciales (NIVR), el Instituto Meteorológico Finlandés (FMI) y la Agencia Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA).

El proyecto OMI se llevó a cabo bajo la dirección del NIVR y fue financiado por los Ministerios de Asuntos Económicos, Transporte y Obras Públicas y el Ministerio de Educación y Ciencia de los Países Bajos. El instrumento fue construido por Dutch Space en cooperación con la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada, la Ciencia y la Industria y el Instituto Holandés para la Investigación Espacial . La industria finlandesa suministró la electrónica. La parte científica del proyecto OMI está gestionada por el KNMI (el investigador principal es el Prof. Dr. PF Levelt, actualmente en la Universidad Tecnológica de Delft), en estrecha cooperación con la NASA y el Instituto Meteorológico Finlandés .

Objetivos científicos y vigilancia atmosférica

Uno de los objetivos científicos de OMI es medir gases traza: ozono (O 3 ), dióxido de nitrógeno [3] (NO 2 ), dióxido de azufre [4] (SO 2 ), formaldehído (HCHO), [5] BrO, [6] y OClO. Sin embargo, los sensores OMI pueden distinguir entre tipos de aerosoles, como humo, polvo y sulfatos , [7] y pueden medir la presión de las nubes [8] [7] y la cobertura de nubes, que proporcionan datos para derivar el ozono troposférico . [9] En ese sentido, OMI sigue la herencia de TOMS , SBUV, GOME, SCIAMACHY y GOMOS . Además de eso, OMI tiene como objetivo detectar emisiones en erupciones volcánicas con hasta al menos 100 veces más sensibilidad que TOMS. El instrumento de monitoreo de ozono ha demostrado ser una plataforma útil para monitorear otros gases traza como el glioxal , [10] variables como la radiación UV superficial, [11] o estimaciones de columnas totales como el vapor de agua, [12] NO 2 y ozono . Ha sido utilizado en servicios operativos por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Mediano Plazo (ECMWF), la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) para pronósticos de ozono y calidad del aire, y los Centros de Asesoramiento de Cenizas Volcánicas (VAAC) para el desvío de aeronaves en caso de erupción volcánica.

Información del instrumento

El instrumento observa la radiación retrodispersada de la Tierra y utiliza dos espectrómetros de rejilla de imágenes, y cada espectrómetro de rejilla está acoplado a un detector CCD con 780x576 píxeles (espectrales x espaciales). El instrumento puede funcionar en dos modos diferentes: el modo operativo normal, en el que un solo píxel en la observación tiene una resolución espacial de 13x24 km 2 en el nadir (hacia abajo), y el modo de zoom, en el que esta resolución se incrementa a 13x12 km 2 .

Información espectral

Las mediciones de OMI cubren una región espectral de 264–504 nm (nanómetros) con una resolución espectral entre 0,42 nm y 0,63 nm y una huella terrestre nominal de 13 × 24 km2 en el nadir. Esta cobertura espectral se divide en tres canales diferentes, dos de ellos en el rango ultravioleta y uno en el espectro visible. Tenga en cuenta que el tamaño del píxel terrestre del canal UV-1 es el doble en la dirección de la franja en comparación con los otros dos canales; este diseño óptico del canal UV se realizó para reducir la luz parásita en este rango de longitud de onda. [13]

Información orbital

El satélite Aura orbita a una altitud de 705 km en una órbita polar heliosincrónica con un ciclo de repetición exacto de 16 días y con un tiempo de cruce del ecuador local de 13. 45 (1:45 PM) en el nodo ascendente. La inclinación orbital es de 98,1 grados, lo que proporciona una cobertura latitudinal de 82° N a 82° S. Es un espectrómetro de imágenes de campo amplio con un rango de ángulo de visión transversal de 114° que proporciona una franja de 2600 km de ancho, lo que permite mediciones con una cobertura global diaria.

Calibración y Validación

La discusión de los procesos de calibración y validación comenzó antes del lanzamiento del satélite Aura. [14] [15] Una vez que el instrumento estaba en órbita, se publicó la información de estas calibraciones, [16] mostrando detalles específicos de la calibración radiométrica absoluta, la calibración de la función de distribución de dispersión bidireccional (BSDF) y la calibración espectral realizada. Tenga en cuenta también que el instrumento está equipado con una fuente de luz blanca interna para fines de calibración del detector. La validación, [17] que tiene como objetivo evaluar las incertidumbres inherentes en los productos de datos satelitales del instrumento junto con los algoritmos de recuperación utilizados para cada producto de datos, se llevó a cabo de forma continua desde el lanzamiento del satélite Aura. La validación incluye productos como: columna de ozono total, [18] [19] NO 2 , [20] [21] perfiles verticales de ozono. [22] [23]

Rendimiento en vuelo

Un aspecto importante de los instrumentos satelitales para mediciones científicas es la evolución del desempeño durante el ciclo de vida de los sensores, así como la evaluación continua de la calidad de los productos de datos. En el caso de un instrumento como OMI, los principales aspectos a considerar son: la estabilidad radiométrica y espectral, la anomalía de fila y la degradación del detector. En el primer aspecto: la degradación radiométrica de OMI varía de ∼2% en los canales UV a ∼0.5% en el canal VIS, que es mucho menor que cualquier otro instrumento satelital similar. Con respecto a la calibración de longitud de onda del instrumento, se mantiene estable a 0.005–0.020 nm, lo que indica una alta estabilidad de longitud de onda. Se detectó una anomalía de fila debido, probablemente, a una cobertura parcial del instrumento, [24] se incluyeron banderas de advertencia en los productos brutos para evitar el uso de estas filas específicas y mantener la calidad de los productos de recuperación. Información adicional sobre la calibración a largo plazo indicó en 2017 [24] que el instrumento podrá proporcionar datos científicos útiles durante otros 5 a 10 años.

Relevancia científica

Imagen de nubes mesosféricas polares tomada el 10 de julio de 2007 por OMI

El proyecto OMI ha estado monitoreando la composición atmosférica y proporcionando mediciones ampliamente utilizadas en el campo de la investigación de la química atmosférica. [25] El hecho de que haya estado operativo durante más de una década también lo hace útil para el monitoreo de tendencias. La referencia que describe los primeros 14 años del OMI [7] detalla los productos de datos de investigación proporcionados por la NASA , KNMI , FMI y SAO ; también según estos autores, más allá de los objetivos iniciales, OMI ha sido importante debido a las mediciones de alta resolución de NO 2 y SO 2 (OMI es el primer instrumento que puede obtener una cobertura global diaria combinada con tal resolución espacial), y el hecho de que los estudios de arriba hacia abajo permitieron análisis de atribución de fuentes.

Premios

El Equipo Internacional del Instrumento de Vigilancia del Ozono ha recibido varios premios por sus contribuciones a una mejor comprensión del sistema terrestre:

Contribuciones a la investigación científica

Referencias

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