Vybuchují sopky. Požáry zuří. Povodně bobtnají a sucha vysychají. Povětrnostní jevy mohou být extrémní, ale časem ovlivňují klimatický systém Země. Změny v atmosférické cirkulaci mohou například přímo ovlivnit lidský život, od nízko položeného ozónu a polétavého prachu způsobeného zvýšením respirační tísně mezi zranitelnými populacemi přes změny ve vzorcích srážek, které ovlivňují výnosy plodin, až po větrné přílivové vlny.
Langley pracuje téměř 50 let na pochopení složitých systémů, které způsobují změny zemské atmosféry a životního prostředí, které udržuje, a vymýšlel lepší způsoby měření a monitorování těchto změn, aby výsledná data mohla být převedena do smysluplných znalostí.
Na počátku 1970. let, když Langley hodnotil proveditelnost flotily komerčních nadzvukových letadel, obavy z potenciálních škodlivin ve velkých výškách vedly výzkumníky ke studiu dopadů superrychlého letu na životní prostředí. Langley by nakonec vyvinul a řídil pozemní, vzdušné a satelitní senzory, které by poskytovaly pozorování regionální kvality vzduchu a celosvětových teplotních trendů s vysokým rozlišením.
Od svého prvního vpádu do atmosférického výzkumu Langley rozšířil své schopnosti o:
- Studie sluneční energie ohřívající planetu
- Množství vody difundované v atmosféře
- Role mraků při globálním oteplování a ochlazování
- Povaha a rozsah malých částic ve vzduchu vznikajících při spalování, průmyslových procesech a dezertifikaci
- Jak světové oceány interagují s atmosférou Země.
Smrt nebo chvění?
První prioritou bylo měření teploty Země. Zemský klimatický systém se přizpůsobuje, aby udržoval rovnováhu mezi sluneční energií, která dosáhne povrchu planety, a tou, která se odráží zpět do vesmíru: koncept známý vědě jako „radiační rozpočet“. Velkou roli hrají také mraky, prach, sopečný popel a částice ve vzduchu.
Když byla v roce 1984 vypuštěna družice Earth Radiation Budget Satellite na raketoplánu Challenger, nesla první nástroje pro Langley řízený třídružicový experiment Earth Radiation Budget Experiment neboli ERBE, který byl navržen tak, aby zkoumal, jak se energie ze sluneční energie absorbuje a poté odráží. zpět na Zemi, proces, který je jedním z hlavních hybatelů pozemského počasí. Přestože se očekává, že bude mít životnost jen několik let, ERBE poskytla klíčová data za dvě desetiletí.
Role mraků v pochopení globálního klimatu je zásadní. Nízké, husté mraky primárně odrážejí sluneční záření a ochlazují zemský povrch. Vysoké, tenké mraky primárně přenášejí příchozí sluneční záření. Zároveň zachycují část odcházejícího infračerveného záření a vyzařují je zpět na planetu. Zda se daný mrak ohřívá nebo ochlazuje, závisí na několika faktorech, včetně nadmořské výšky mraku, velikosti a složení jeho formujících částic.
Klíčovým zjištěním z pozorování ERBE je, že mraky v rovnováze mají čistý chladicí efekt.
Langley také dohlíží na nástupce ERBE známého jako Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES), který funguje od roku 1998. CERES monitoruje různé vlastnosti oblačnosti, prevalenci, nadmořskou výšku, tloušťku a velikost částic mraků.
Poskytuje také globální data pro hodnocení radiačních účinků a klimatických dopadů takových přírodních jevů, jako jsou sopečné erupce a velké záplavy a sucha. Pět přístrojů CERES nyní létá na třech satelitech. Další senzory CERES mají být spuštěny v letech 2017 a 2021.
Pokročilejší kosmické vybavení je ve fázi plánování. Pokud dosáhnou uskutečnění, tyto přístroje se podívají na infračervenou část světelného spektra, aby přesněji analyzovaly, jak vodní pára, skleníkové plyny, mraky, sněhová pokrývka, mořský led, využití půdy a další faktory ovlivňují změny globálních teplot.
Dnes vzduch, zítra vzduch
Se zvýšenou pozorností věnovanou životnímu prostředí se objevily obavy o složení atmosféry a o to, jak to, co je – nebo není – ve vzduchu, může přímo ovlivnit lidské zdraví. Před více než 40 lety si vědci uvědomili, že ochranná stratosférická ozónová vrstva Země, která funguje jako globální opalovací krém, se ztenčuje. Pokud se tato ochrana sníží za určitý bod, podstatně se zvýší riziko pro planetární život všeho druhu.
Přístroje Langley’s Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE), které byly spuštěny k monitorování ozonu a dalších atmosférických plynů, byly rozhodující pro pochopení ozonové fotochemie a ozónové „díry“, která se tvoří nad Antarktidou v australské zimě. SAGE také poskytla první přímé měření vlivu ochlazování sopečných aerosolů.
Nejnovější přístroj v řadě, SAGE III, odstartoval k Mezinárodní vesmírné stanici v únoru 2017 na palubě rakety SpaceX Falcon 9. Využívá techniku známou jako zákryt, typ měření, který zahrnuje pozorování světla při průchodu zemskou atmosférou na okraji nebo končetině planety. SAGE III využívá sluneční i měsíční zákryt k měření ozónu a aerosolů v zemské atmosféře. Po úplném uvedení do provozu budou senzory SAGE provádět zákrytová měření asi 15 nebo 16krát denně, během všech ročních období a na velké části zeměkoule.
Langley také dohlíží na Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution (TEMPO), první vesmírný přístroj, který bude každou hodinu během dne monitorovat hlavní látky znečišťující ovzduší na severoamerickém kontinentu. Start TEMPO je naplánován na rok 2019 a bude sdílet jízdu na komerčním satelitu jako hostovaný náklad. Bude obíhat asi 22,000 XNUMX mil nad zemským rovníkem. TEMPO se zaměří na vysoce přesná pozorování troposférických polutantů, jako je ozon, oxid dusičitý, oxid siřičitý, formaldehyd a aerosoly nad USA, Kanadou a Mexikem.
Rozsvícení oblohy
Nezbytnou technologií umožňující monitorování klimatu je laserový radar: detekce světla a měření vzdálenosti neboli lidar, který vědci používají od 1960. let XNUMX. století ke studiu atmosférických částic a mraků. Krátké pulsy laserového světla Lidar detekují částice nebo plyny v atmosféře podobně jako radar odráží rádiové vlny od deště v oblacích. Dalekohled shromažďuje a měří odražené laserové záření a vytváří mapu struktury atmosféry. Výzkumníci pak mohou určit umístění, distribuci a povahu atmosférických částic a mraků a za zvláštních okolností i molekulární složení.
Langleyho první lidar ve vesmíru, Lidar In-Space Technology (LITE), letěl na palubě raketoplánu v roce 1994. Úspěch této dvoutýdenní mise vedl k Langleyho a nejdéle fungujícímu vesmírnému lidaru na světě Cloud-Aerosol Lidar. a družice Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO), která v dubnu 10 oslavila 2016 let na oběžné dráze. CALIPSO přispěla zásadními údaji k našemu pochopení podrobné vertikální struktury atmosféry, včetně dálkového přenosu znečištění a vulkanických aerosolů a nové podrobnosti o tenkých oblacích a jejich vlivu na atmosféru.
Stejně cenné jako orbitální pole přístrojů pro pozorování Země jsou také letadla NASA, která monitorují, měří a předpovídají globální kvalitu ovzduší. Mise se létají po celém světě ve spolupráci s průmyslem, univerzitami nebo jinými vládními agenturami a obsahují jedinečné senzory a zařízení, která nejen pomáhají kalibrovat vesmírná zařízení, ale rozšiřují znalosti o složení atmosféry blíže k zemi.
Lidar s vysokým spektrálním rozlišením (HSRL), používaný v nedávných kampaních, jako je studie North Atlantic Aerosols and Marine Ecosystems Study (NAAMES), pokračuje ve vývoji schopnosti Langleyho lidaru. Projekt NAAMES využívá vzdušné HSRL k měření aerosolů, mraků a vlastností oceánů. Sběr dat NAAMES je součástí pětiletého vyšetřování, jehož cílem je vyřešit klíčové procesy řídící funkce oceánského systému, oceánské vlivy na atmosférické aerosoly a mraky a důsledky pro klima.
Pozorování získaná během čtyř cílených kampaní zaměřených na měření lodí a letadel v kombinaci s nepřetržitými satelitními záznamy a záznamy z oceánských senzorů in situ posílí zlepšené prediktivní schopnosti procesů zemského systému a informují osoby odpovědné za správu oceánů a hodnocení změn ekosystémů.
