Εφαρμογή οργάνου GOME: Ανίχνευση επιπέδου όζοντος και άλλων αερίων

Από RemoteSensing Wiki

Στόχος μεθόδου

Από τις μετρήσεις που πραγματοποιεί το όργανο GOME, μπορεί να εξαχθεί σημαντική πληροφορία σχετικά με το όζον και με άλλα ανιχνεύσιμα αέρια στοιχεία στην ατμόσφαιρα. Ένα παράδειγμα της υπεριώδους περιοχής στο μετρούμενο φάσμα, απεικονίζεται αμέσως παρακάτω.

                                                                     Σχήμα 1: Μετρήσεις GOME

Περιγραφή Μεθόδου

Η πληροφορία που λαμβάνεται από το συγκεκριμένο όργανο, αρχικά, υφίσταται κάποιες διορθώσεις ώστε να αποφευχθούν σφάλματα που έχουν εισαχθεί από τα διάφορα όργανα μέτρησης και επιπλέον συμπληρώνεται με κάποια απαραίτητα στοιχεία, όπως γεωγραφικά, χαρακτηριστικά διαγραφόμενης τροχιάς, γωνία παρατήρησης του ήλιου, κ.λ.π. Από αυτό το ραδιομετρικά διορθωμένο γεωτοποθετημένο φάσμα, μπορεί να ανακτηθεί χρήσιμη πληροφορία αντίστοιχη προς την εκάστοτε εξεταζόμενη περιοχή μηκών κύματος του προκύπτοντος φάσματος. Έτσι, τα φασματικά χαρακτηριστικά στην περιοχή των 330nm χρησιμοποιούνται για την ανάκτηση της ονομαζόμενης ¨στήλης του όζοντος¨, πρόκειται για την ολική συγκέντρωση όζοντος, μεταξύ της γήινης επιφάνειας και του ανώτερου στρώματος της ατμόσφαιρας, σε μια στήλη αέρα. Το παραπάνω σχέδιο απεικονίζει τις στήλες του όζοντος που αντιστοιχούν στην ημερομηνία και ώρα που έγινε η παρατήρηση μέσω του GOME και οι οποίες παρουσιάζονται στην πάνω αριστερή γωνία. Οι στήλες αυτές είναι διαθέσιμες σχεδόν σε πραγματικό χρόνο και συγκεκριμένα σε διάστημα τριών ωρών από την παρατήρηση του οργάνου.

                                                                   Σχήμα 2: Στήλες όζοντος

Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά απορρόφησης, το βάθος και το πλάτος, όπως αυτά αναγνωρίζονται στη σχεδιασμένη ανακλαστική ικανότητα της γης αποτελούν ένα μέτρο της ποσότητας του όζοντος μέσα στην ατμόσφαιρα κατά μήκος του φωτεινού μονοπατιού. Αυτή η τιμή στη συνέχεια μετατρέπεται στο χάρτη ολικού όζοντος σε μία κατακόρυφη στήλη αέρα πάνω από το αντίστοιχο γήινο pixel που μετράται από το GOME. Το τελευταίο βήμα είναι μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία η οποία αφορά στην απόκτηση πληροφορίας που σχετίζεται με όλες εκείνες τις παραμέτρους που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά απορρόφησης, όπως είναι η ακριβής κατεύθυνση παρατήρησης του GOME, η θέση του ήλιου στον ουρανό, η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας και πληροφορίες σχετικές με τα σύννεφα κατά την κατεύθυνση παρατήρησης του οργάνου. Πληροφορία σχετικά με την κατακόρυφη κατανομή του όζοντος μπορεί να ανακτηθεί από πληροφορία στην περιοχή των 260 έως 350nm. Οι προκύπτουσες στήλες του όζοντος συνδυάζονται μέσω μιας τεχνικής που αποκαλείται αφομοίωση πληροφορίας, με την οποία μοντελοποιείται η κίνηση και μεταφορά του όζοντος στα διάφορα σημεία της ατμόσφαιρας καθώς και οι διάφορες χημικές αντιδράσεις που εμπλέκουν το όζον. Ο συνδυασμός παρατηρήσεων και αποτελεσμάτων του παραπάνω μοντέλου οδηγεί στους παγκόσμιους χάρτες κατανομής όζοντος. Το όζον απορροφά υπεριώδη ακτινοβολία και η ποσότητα των επικίνδυνων ακτίνων UV που φθάνουν στη γήινη επιφάνεια συνδέεται άμεσα με τη στήλη όζοντος που αναφέρθηκε προηγουμένως. Βάσει αυτών των χαρτών κατανομής του όζοντος μπορεί να υπολογιστεί η υπεριώδης ακτινοβολία που φθάνει στη γη, υπό συνθήκες καθαρού ουρανού.

Συμπεράσματα

Η παρακολούθηση και ανίχνευση της συγκέντρωσης και κατανομής του όζοντος σε παγκόσμιο επίπεδο, που επιτυγχάνεται μέσω του GOME, είναι ιδιαίτερα σημαντική για την παρακολούθηση της εξέλιξης του στρώματος του όζοντος, για τον υπολογισμό της ποσότητας των επικίνδυνων ακτίνων UV, για την παροχή δελτίων πρόβλεψης τόσο για το όζον όσο και για την υπεριώδη ακτινοβολία και για τη βελτίωση των μετεωρολογικών προβλέψεων. Επιπλέον, οι παραγόμενες πληροφορίες έχουν αποδειχθεί πολύ χρήσιμες σε κλιματολογικές έρευνες, καθώς οι μεταβολές στη συγκέντρωση και κατανομή του όζοντος, του διοξειδίου του αζώτου και άλλων αερίων αντανακλούν πιθανές συνέπειες στην ανθρώπινη δραστηριότητα στη γήινη επιφάνεια και ατμόσφαιρα. Ο δορυφόρος ERS-2, στον οποίο αρχικά χρησιμοποιήθηκε ο αισθητήρας GOME, διατηρεί μια ηλιακά συγχρονισμένη πολική τροχιά κλίσης 980 και ύψους 780km. Έτσι η περίοδος τροχιάς υπολογίζεται σε 100 περίπου λεπτά, η ταχύτητα του προβαλλόμενου σημείου από το δορυφόρο στο έδαφος στα 7km/sec, ενώ διαγράφονται 14 ολόκληρες περιστροφές κάθε ημέρα. Ο δορυφόρος διασχίζει τον ισημερινό σε τοπική ώρα 10,30h από τη φωτεινή πλευρά της γης και με προσανατολισμό από Βορρά προς Νότο. Σε ό,τι αφορά τον αισθητήρα GOME, το συνολικό πλάτος του μονοπατιού που μπορεί να παρατηρηθεί είναι της τάξης των 960km, το οποίο διαιρείται σε τρία γήινα pixels, το ανατολικό, το δυτικό και το κεντρικό ως προς παρατηρητή που κοιτάει ακριβώς κάτω προς το ίχνος της τροχιάς του δορυφόρου.