위성 온도 측정

Satellite temperature measurement
1979년부터 2010년까지 지표면 근처 온도(파란색)의 지상 측정값과 위성 기반 중층권 온도(빨간색: UAH; 녹색: RSS)의 기록값 비교. 추세는 1982-2010년을 표시했습니다.
위성 측정을 기준으로 한 1979-2016년의 대기 온도 추세; 위의 대류권, 아래의 성층권.
이 항목에 대한 자세한 내용은 온도 측정을 참조하십시오.

위성 온도 측정은 위성의 방사선 측정에서 얻은 바다와 육지 표면 온도뿐만 아니라 다양한 고도에서 대기의 온도를 추론하는 것입니다. 이러한 측정은 기상 전선을 찾고, 엘니뇨-남부 진동을 모니터링하고, 열대성 사이클론의 강도를 결정하고, 도시 열섬을 연구하고, 지구 기후를 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다. 산불, 화산 및 산업용 핫스팟은 기상 위성의 열화상을 통해서도 찾을 수 있습니다.

기상 위성은 직접 온도를 측정하지 않습니다. 다양한 파장 대역의 방사율을 측정합니다. 1978년부터 국립해양대기청 극궤도 위성의 마이크로웨이브 음향장치(MSU)는 대기 산소로부터 상승하는 마이크로웨이브 방사선의 강도를 측정했으며, 이는 대기의 넓은 수직층의 온도와 관련이 있습니다. 해수면 온도와 관련된 적외선 복사 측정은 1967년부터 수집되었습니다.

위성 데이터 세트는 지난 40년 동안 대류권이 따뜻해지고 성층권이 냉각되었음을 보여줍니다. 이 두 가지 경향은 모두 온실가스의 대기 중 농도 증가에 따른 영향과 일치합니다.

원칙

위성은 직접 온도를 측정하지 않습니다. 그들은 다양한 파장 대역에서 복사를 측정하고, 온도에 대한 간접적인 추론을 얻기 위해 수학적으로 뒤집어야 합니다.[1][2] 결과적인 온도 프로파일은 복사에서 온도를 얻는 데 사용되는 방법의 세부 사항에 따라 달라집니다. 그 결과 위성 데이터를 분석한 그룹마다 다른 온도 데이터 세트를 생성했습니다.

위성 시계열이 균일하지 않습니다. 유사하지만 동일한 센서가 없는 일련의 위성으로 구성됩니다. 센서는 또한 시간이 지남에 따라 악화되며 궤도 드리프트 및 붕괴에 대한 보정이 필요합니다.[3][4][5] 재구성된 온도 시리즈 간의 특히 큰 차이는 연속적인 위성 간의 시간적 중복이 거의 없는 몇 번에 발생하여 인터칼레이션을 어렵게 만듭니다.[citation needed][6]

적외선 측정

표면 측정

참고 항목: 해수면 온도 § 기상 위성
2000-2008년 사이의 해당 달의 장기 평균 기온과 비교한 특정 달의 지표면 온도 이상.[7]
1985년부터 1997년까지 해당 달의 장기 평균 기온과 비교한 특정 달의 해수면 온도 이상.[8]

적외선 복사는 표면의 온도(대기가 투명한 "창" 파장 사용)와 대기의 온도(대기가 투명하지 않은 파장 사용 또는 적외선 창의 구름 상단 온도 측정)를 측정하는 데 사용될 수 있습니다.

일반적으로 열 적외선 측정을 통해 표면 온도를 검색하는 데 사용되는 위성에는 구름이 없는 조건이 필요합니다. 장비 중 일부는 캐나다 SCISAT-1 위성의 고급 초고해상도 전파계(AVHRR), AASTR(Aong Track Scanning Radiometer), VIIRS(Visible Infrar Imaging Radiometer Suite), 대기 적외선 감지기(AIRS) 및 ACE 푸리에 변환 분광기(ACE ‐ FTS)를 포함합니다.

기상 위성은 1967년부터 해수면 온도(SST) 정보를 추론하는 데 사용할 수 있으며, 1970년 동안 최초의 글로벌 합성물이 발생했습니다.[10] 1982년 [11]이후 위성은 SST를 측정하는 데 점점 더 많이 사용되어 왔으며 공간적 및 시간적 변화를 보다 완벽하게 볼 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 위성을 통해 모니터링된 SST의 변화는 1970년대 이후 엘니뇨-남부 진동의 진행 상황을 문서화하는 데 사용되었습니다.[12]

지표면의 불균일성 때문에 방사선에서 온도를 회수하는 것은 더 어렵습니다.[13] 위성영상을 통한 도시 열섬 효과에 대한 연구가 진행되어 왔습니다.[14] Weng, Q. et al. 은 프랙탈 기법을 사용하여 도시 열섬의 공간 패턴을 특성화했습니다.[15] 구름이 없는 경우 고급 고해상도 적외선 위성 이미지를 사용하여 지상에서 차가운 전선과 같은 밀도 불연속성(기상 전선)을 감지할 수 있습니다.[16] Dvorak 기법을 사용하여 적외선 위성 이미지를 사용하여 성숙한 열대성 저기압의 중심 밀도가 높은 구름의 눈과 구름 최고 온도 사이의 온도 차이를 결정하여 최대 지속 바람과 최소 중심 압력을 추정할 수 있습니다.[17]

기상 위성에 탑재된 Long Track Scanning Radiometer는 산불을 감지할 수 있으며, 산불은 밤에 308K(35°C; 95°F) 이상의 픽셀로 나타납니다.[18] 테라 위성에 탑재된 중해상도 이미징 분광기는 산불, 화산 및 산업용 핫스팟과 관련된 열 핫스팟을 감지할 수 있습니다.[19]

2002년에 발사된 아쿠아 위성의 대기 적외선 감지기는 적외선 감지를 사용하여 지표면 근처의 온도를 측정합니다.[20]

성층권 측정

성층권 온도 측정은 3채널 적외선(IR) 방사계인 성층권 사운딩 유닛(SSU) 기기에서 이루어집니다.[21] 이것은 이산화탄소로부터의 적외선 방출을 측정하기 때문에, 대기의 불투명도가 더 높기 때문에, 온도는 마이크로파 측정보다 더 높은 고도(성층권)에서 측정됩니다.

1979년부터 NOAA 운영 위성의 성층권 소리 단위(SSU)는 성층권 하부 이상의 전 지구 성층권 온도 데이터를 제공해 왔습니다. SSU는 압력 변조 방식을 이용하여 15 μm 이산화탄소 흡수 대역의 3개 채널에서 측정하는 원적외선 분광기입니다. 세 채널은 동일한 주파수를 사용하지만 다른 이산화탄소 셀 압력을 사용하며, 해당 가중치 함수는 채널 1의 경우 29km, 채널 2의 경우 37km, 채널 3의 경우 45km에서 정점에 달합니다.[22][clarification needed]

SSU 측정에서 추세를 도출하는 과정은 위성 드리프트, 중첩이 거의 없는 서로 다른 위성 간의 상호 보정 및 기기 이산화탄소 압력 셀의 가스 누출로 인해 특히 어려운 것으로 입증되었습니다. 또한 SSU에 의해 측정된 방사선은 이산화탄소에 의한 배출로 인한 것이기 때문에 성층권의 이산화탄소 농도가 증가함에 따라 가중 함수는 더 높은 고도로 이동합니다. 성층권 중·상류 온도는 엘 치콘과 피나투보 산의 폭발적인 화산 폭발 이후 일시적인 화산 온난화로 인해 분산된 강한 음의 경향을 보이며, 1995년 이후로는 온도 추세가 거의 관찰되지 않았습니다. 가장 큰 냉각은 온실가스 농도 증가 하에서 강화된 브루어-돕슨 순환과 일치하는 열대 성층권에서 발생했습니다.[23][non-primary source needed]

낮은 성층권 냉각은 주로 성층권 수증기 증가와 온실가스 증가로 인한 오존 고갈의 영향에 의해 발생합니다.[24][25] 화산 폭발과 관련된 온난화로 인해 성층권 온도가 하락했습니다. 지구 온난화 이론은 대류권이 따뜻해지는 동안 성층권이 식어야 한다고 제안합니다.[26]

성층권 (TTS) 1979-2006년 기온 추세의 최상단.

엘 치콘 화산 폭발과 피나투보 화산 폭발과 관련된 일시적인 온난화 이후 성층권 하부의 장기간 냉각은 온도가 두 단계 하강하면서 발생했습니다. 전 세계 성층권 온도의 이러한 행동은 화산 폭발 후 2년 동안 전 세계 오존 농도 변화에 기인합니다.[27]

1996년 이후 이 추세는 온실가스 증가로 인한 예측된 영향과 일치하는 0.1K/10년의 냉각 추세와 병치된 오존 회수로 인해 약간 긍정적입니다[28].[27]

아래 표는 세 가지 다른 대역의 SSU 측정에서 얻은 성층권 온도 추세를 보여주며, 여기서 음의 추세는 냉각을 나타냅니다.

채널. 시작 종료일 STAR v3.0

글로벌 트렌드
(K/10년)[29]

TMS 1978-11 2017-01 −0.583
TUS 1978-11 2017-01 −0.649
TTS 1979-07 2017-01 −0.728

마이크로파(대류권 및 성층권) 측정

MSU(Microwave Sounding Unit) 측정

주요 기사: 마이크로파 사운딩 유닛 온도 측정
MSU 가중치 함수는 미국 표준 대기를 기준으로 합니다.

1979년부터 2005년까지 마이크로웨이브 사운딩 유닛(MSU)과 1998년부터 NOAA 극궤도 기상위성의 첨단 마이크로웨이브 사운딩 유닛은 대기 중 산소로부터 상승하는 마이크로웨이브 방사선의 강도를 측정했습니다. 강도는 대기의 넓은 수직 층의 온도에 비례합니다. 상승하는 광량은 서로 다른 주파수에서 측정되며, 이러한 서로 다른 주파수 대역은 대기의 서로 다른 가중치 범위를 샘플링합니다.[30]

그림 3(오른쪽)은 위성 측정에서 다른 파장 재구성에 의해 샘플링된 대기 수준을 보여주며, 여기서 TLS, TTS 및 TTT는 세 가지 다른 파장을 나타냅니다.

기타 전자레인지 측정

아우라 우주선은 극초단파 방출량을 최저점을 목표로 하지 않고 수평으로 측정하는 마이크로파 사지 경보기를 사용합니다.[9]

온도 측정은 또한 GPS 전파 오컬트에 의해 이루어집니다.[31] 이 기술은 GPS 위성이 지구 대기에서 전파할 때 전파되는 전파의 굴절을 측정하여 수직 온도와 습기 프로파일을 측정할 수 있습니다.

다른 행성의 온도 측정

행성 과학 임무는 또한 적외선 기술(고체 표면을 가진 행성의 궤도 비행 및 비행 임무의 전형)과 마이크로파 기술(대기를 가진 행성에 더 자주 사용됨)을 사용하여 태양계의 다른 행성과 위성의 온도를 측정합니다. 행성 임무에 사용되는 적외선 온도 측정기에는 화성 지구 탐사선의 TES(Thermal Emission Spectrometer) 장비와 달 정찰 궤도선의 디바이너(Diviner) 장비에 의해 측정된 표면 온도 측정기와 복합 적외선 분광기에 의해 측정된 대기 온도 측정기가 포함됩니다.[32] 나사 [33]카시니 우주선의 계기

마이크로파 대기 온도 측정 기기에는 목성으로 가는 주노 미션의 마이크로파 방사계가 포함됩니다.

참고 항목

참고문헌

  1. ^ National Research Council (U.S.). Committee on Earth Studies (2000). "Atmospheric Soundings". Issues in the Integration of Research and Operational Satellite Systems for Climate Research: Part I. Science and Design. Washington, D.C.: National Academy Press. pp. 17–24. doi:10.17226/9963. ISBN 978-0-309-51527-6. Archived from the original on 7 June 2011. Retrieved 17 May 2007.
  2. ^ Uddstrom, Michael J. (1988). "Retrieval of Atmospheric Profiles from Satellite Radiance Data by Typical Shape Function Maximum a Posteriori Simultaneous Retrieval Estimators". Journal of Applied Meteorology. 27 (5): 515–49. Bibcode:1988JApMe..27..515U. doi:10.1175/1520-0450(1988)027<0515:ROAPFS>2.0.CO;2.
  3. ^ Po-Chedley, S.; Thorsen, T. J.; Fu, Q. (2015). "Removing Diurnal Cycle Contamination in Satellite-Derived Tropospheric Temperatures: Understanding Tropical Tropospheric Trend Discrepancies". Journal of Climate. 28 (6): 2274–2290. Bibcode:2015JCli...28.2274P. doi:10.1175/jcli-d-13-00767.1. S2CID 43153422.
  4. ^ Mears, Carl A.; Wentz, Frank J. (2016), "Sensitivity of Satellite-Derived Tropospheric Temperature Trends to the Diurnal Cycle Adjustment", Journal of Climate, 29 (10): 3629–3646, Bibcode:2016JCli...29.3629M, doi:10.1175/JCLI-D-15-0744.1, S2CID 131718796
  5. ^ Mears, Carl A.; Wentz, Frank J. (2009), "Construction of the Remote Sensing Systems V3.2 Atmospheric Temperature Records from the MSU and AMSU Microwave Sounders", Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 26 (6): 1040–1056, Bibcode:2009JAtOT..26.1040M, doi:10.1175/2008JTECHA1176.1
  6. ^ 새로운 RSS TLT V4 - 2017년 7월 5일 Wayback Machine Moyhu 4에서 보관된 비교
  7. ^ "Land Surface Temperature Anomaly". 31 December 2019. Archived from the original on 12 February 2014. Retrieved 28 January 2014.
  8. ^ "Sea Surface Temperature Anomaly". 31 August 2011. Archived from the original on 30 April 2014. Retrieved 28 January 2014.
  9. ^ a b M. J. Schwartz et al., Aura Microwave Limb Sounder 온도 및 지전위 높이 측정의 검증 2020년 8월 7일 Wayback Machine에서 보관, JGR: Atmoses, Vol. 113, No. D15, 2008년 8월 16일. https://doi.org/10.1029/2007JD008783 2021년 2월 21일 웨이백 머신에 보관. 2020년 1월 9일 회수.
  10. ^ Krishna Rao, P.; Smith, W. L.; Koffler, R. (1972). "Global Sea-Surface Temperature Distribution Determined from an Environmental Satellite". Monthly Weather Review. 100 (1): 10–4. Bibcode:1972MWRv..100...10K. doi:10.1175/1520-0493(1972)100<0010:GSTDDF>2.3.CO;2. S2CID 119900067.
  11. ^ National Research Council (U.S.). NII 2000 Steering Committee (1997). The unpredictable certainty: information infrastructure through 2000; white papers. National Academies. p. 2. ISBN 9780309060363. Archived from the original on 8 March 2020. Retrieved 25 September 2016.{{cite book}}: CS1 메인트: 숫자 이름: 작성자 목록(링크)
  12. ^ Cynthia Rosenzweig; Daniel Hillel (2008). Climate variability and the global harvest: impacts of El Niño and other oscillations on agroecosystems. Oxford University Press United States. p. 31. ISBN 978-0-19-513763-7. Archived from the original on 18 August 2020. Retrieved 25 September 2016.
  13. ^ Jin, Menglin (2004). "Analysis of Land Skin Temperature Using AVHRR Observations". Bulletin of the American Meteorological Society. 85 (4): 587–600. Bibcode:2004BAMS...85..587J. doi:10.1175/BAMS-85-4-587. S2CID 8868968.
  14. ^ Weng, Qihao (May 2003). "Fractal Analysis of Satellite-Detected Urban Heat Island Effect" (PDF). Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. 69 (5): 555–66. doi:10.14358/PERS.69.5.555. Archived (PDF) from the original on 3 March 2016. Retrieved 14 January 2011.
  15. ^ Weng, Qihao; Lu, Dengsheng; Schubring, Jacquelyn (29 February 2004). "Estimation of land surface temperature–vegetation abundance relationship for urban heat island studies". Remote Sensing of Environment. 89 (4): 467–483. Bibcode:2004RSEnv..89..467W. doi:10.1016/j.rse.2003.11.005. ISSN 0034-4257. S2CID 2502717.
  16. ^ David M. Roth (14 December 2006). "Unified Surface Analysis Manual" (PDF). Hydrometeorological Prediction Center. p. 19. Archived (PDF) from the original on 29 September 2006. Retrieved 14 January 2011.
  17. ^ Chris Landsea (8 June 2010). "Subject: H1) What is the Dvorak technique and how is it used?". Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory. Archived from the original on 25 January 2014. Retrieved 14 January 2011.
  18. ^ "Greece Suffers More Fires In 2007 Than In Last Decade, Satellites Reveal" (Press release). European Space Agency. 29 August 2007. Archived from the original on 21 February 2021. Retrieved 26 April 2015.
  19. ^ Wright, Robert; Flynn, Luke; Garbeil, Harold; Harris, Andrew; Pilger, Eric (2002). "Automated volcanic eruption detection using MODIS" (PDF). Remote Sensing of Environment. 82 (1): 135–55. Bibcode:2002RSEnv..82..135W. CiteSeerX 10.1.1.524.19. doi:10.1016/S0034-4257(02)00030-5. Archived (PDF) from the original on 9 August 2017. Retrieved 5 January 2018.
  20. ^ 하비, 첼시 (2019년 4월 18일). 2019년 12월 15일 Scientific American의 Wayback Machine에 보관된 "It's A Match: Satellite and Ground Measurements Agreement on Warming". 2019년 1월 8일 회수.
  21. ^ 릴롱 자오 외(2016). "SSU/MSU 위성 관측을 사용하여 2020년 1월 12일 Wayback Machine에서 보관된 CMIP5 시뮬레이션에서 상층 대기 온도 추세를 검증", Remote Sens. 8(1), 13; https://doi.org/10.3390/rs8010013 2021년 2월 21일 Wayback Machine에서 보관. 2019년 1월 12일 회수됨
  22. ^ http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/podug/html/c4/sec4-2.htm[전체 인용 필요][영구 데드링크]
  23. ^ Wang, Likun; Zou, Cheng-Zhi; Qian, Haifeng (2012). "Construction of Stratospheric Temperature Data Records from Stratospheric Sounding Units". Journal of Climate. 25 (8): 2931–46. Bibcode:2012JCli...25.2931W. doi:10.1175/JCLI-D-11-00350.1. Archived from the original on 11 January 2020. Retrieved 12 January 2020.
  24. ^ Shine, K. P.; Bourqui, M. S.; Forster, P. M. de F.; Hare, S. H. E.; Langematz, U.; Braesicke, P.; Grewe, V.; Ponater, M.; Schnadt, C.; Smith, C. A.; Haigh, J. D.; Austin, J.; Butchart, N.; Shindell, D. T.; Randel, W. J.; Nagashima, T.; Portmann, R. W.; Solomon, S.; Seidel, D. J.; Lanzante, J.; Klein, S.; Ramaswamy, V.; Schwarzkopf, M. D. (2003). "A comparison of model-simulated trends in stratospheric temperatures". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 129 (590): 1565–55. Bibcode:2003QJRMS.129.1565S. doi:10.1256/qj.02.186. S2CID 14359017.
  25. ^ "United Nations Environment Programme". grida.no. Archived from the original on 3 June 2016. Retrieved 9 April 2018.
  26. ^ Clough, S.A.; M. J. Iacono (1995). "Line-by-line calculation of atmospheric fluxes and cooling rates 2. Application to carbon dioxide, ozone, methane, nitrous oxide and the halocarbons". Journal of Geophysical Research. 100 (D8): 16519–16535. Bibcode:1995JGR...10016519C. doi:10.1029/95JD01386. Archived from the original on 10 April 2011. Retrieved 15 February 2010.
  27. ^ a b Thompson, David W. J.; Solomon, Susan (2009). "Understanding Recent Stratospheric Climate Change" (PDF). Journal of Climate. 22 (8): 1934. Bibcode:2009JCli...22.1934T. CiteSeerX 10.1.1.624.8499. doi:10.1175/2008JCLI2482.1. S2CID 3103526. Archived (PDF) from the original on 9 July 2009. Retrieved 12 January 2020.
  28. ^ Liu, Quanhua; Fuzhong Weng (2009). "Recent Stratospheric Temperature Observed from Satellite Measurements". Scientific Online Letters on the Atmosphere. 5: 53–56. Bibcode:2009SOLA....5...53L. doi:10.2151/sola.2009-014.
  29. ^ National Environmental Satellite, Data, and Information Service (December 2010). "Microwave Sounding Calibration and Trend". National Oceanic and Atmospheric Administration. Archived from the original on 17 December 2009. Retrieved 13 February 2012.{{cite web}}: CS1 maint: 다중 이름: 작성자 목록(링크)
  30. ^ Wayback Machine에서 2013년 4월 3일 보관된 원격 감지 시스템
  31. ^ 원격 감지 시스템, 2020년 1월 5일 웨이백 머신에 보관된 상층 공기 온도. 2020년 1월 12일 회수.
  32. ^ 국립해양대기청, 달: 2020년 8월 7일 웨이백 머신에서 표면 온도 아카이브, 2020년 1월 9일 회수.
  33. ^ NASA/JPL/GSFC/Univ. 옥스포드 (2011년 5월 19일). 2021년 2월 21일 웨이백 머신에서 보관된 토성 폭풍의 온도 측정은 2020년 1월 10일에 회수되었습니다.

외부 링크