Body text
Waarom moeten we de middelste atmosfeer monitoren?
De ozonlaag, een onderdeel van de middelste atmosfeer, is een essentieel onderdeel van het aardse systeem. Door ultraviolet zonlicht te absorberen, beschermt deze laag het aardoppervlak tegen schadelijke straling. Hoewel de kunstmatige productie van halogeenverbindingen, die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van de ozonlaag, in 1987 door het Protocol van Montreal werd verboden, blijft de ozonlaag een punt van zorg voor de wetenschappelijke gemeenschap.
Ozon is een broeikasgas met het grootste opwarmingspotentieel onder de tropopauze (ongeveer 10 en 15 km). Door de klimaatverandering zal de atmosferische circulatie naar verwachting intensiever worden, waardoor de ozonuitwisseling tussen de stratosfeer en de troposfeer toeneemt.
Een van de doelstellingen van CAIRT is het monitoren van ozon in deze regio en het BIRA wil aantonen dat dit instrument een stap vooruit is ten opzichte van eerdere satellietwaarnemingen.
Wat is CAIRT?
CAIRT (Changing Atmosphere Infra-Red Tomography explorer) stelt voor om de infraroodemissie van de atmosfeer van de aarde te meten in limb-geometrie, d.w.z. door vanuit de ruimte naar de horizon van de aarde te kijken.
Deze geometrie stelt ons in staat om de verticale verdeling – of het verticale profiel – van chemische verbindingen te achterhalen, wat niet mogelijk is met de nadir-geometrie wanneer het instrument naar het aardoppervlak kijkt. In combinatie met infraroodemissiemetingen kunnen veel atmosferische grootheden worden waargenomen, zoals ozon (maar ook temperatuur of waterdamp).
Hoewel infraroodemissie-instrumenten voor satellieten niet nieuw zijn, stelt CAIRT voor het eerst voor om gebruik te maken van een beeldvormer die een tot nu toe ongekende ruimtelijke resolutie mogelijk maakt.
Dit wordt benadrukt in figuur 1, waarin de dagelijkse dekking van het MLS-instrument van NASA wordt vergeleken met CAIRT, waarbij MLS de huidige standaard is voor ozonprofielen. Terwijl MLS om de 167 km langs de baan een ozonprofiel vastlegt, zal CAIRT om de 50 km 4 profielen leveren, wat meer dan 12 keer zoveel profielen zijn.
Waarde van CAIRT-ozon in de bovenste troposfeer
We hebben de waarde van CAIRT voor het monitoren van ozon in de bovenste troposfeer geëvalueerd met behulp van een Observing System Simulation Experiment (OSSE).
Hiervoor hebben we referentieozon genomen uit het EU-model CAMS, een van de beste modellen voor ozon. De CAMS-ozon werd vervolgens opnieuw bemonsterd op het door CAIRT gesimuleerde observatiepunt en verstoord volgens de verwachte onzekerheid van CAIRT. Deze profielen zijn opgenomen in het BIRA-IASB-model BASCOE, dat CAIRT-ozon levert. Met behulp van CAMS-ozon zijn ook MLS-profielen gesimuleerd, die opnieuw in BASCOE zijn opgenomen en MLS-ozon leveren.
Er is ook een BASCOE-controletest uitgevoerd, zonder observaties op te nemen, om de invloed van het model op de resultaten te evalueren.
Figuur 2 vergelijkt de verschillen tussen de drie BASCOE-runs en de CAMS-referentieozon voor de periode van de OSSE, tussen oktober 2021 en februari 2022. Zoals te zien is, vertoont CAIRT een veel betere overeenstemming met de referentieozon dan de andere runs. Terwijl MLS de meeste afwijkingen bij en boven de tropopauze heeft opgelost, geven de CAIRT-ozonprofielen een veel grotere beperking in de ozon in de bovenste troposfeer.
Referentie
Earth Explorer 11 Candidate Mission CAIRT: Report for Mission Selection, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands, ESA-EOPSM-CAIR-RP-4797, 230pp. https://esamultimedia.esa.int/docs/EarthObservation/ESA_EE11_Report_for…
