Previsioni meteorologiche accurate salvano vite. Strumento Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) della NASA, lanciato in questa data 15 anni fa sul satellite Aqua della NASA, ha aumentato significativamente l'accuratezza delle previsioni meteorologiche entro un paio d'anni fornendo straordinarie mappe tridimensionali delle nuvole, la temperatura dell'aria e il vapore acqueo in tutto lo strato atmosferico dell'atmosfera. Quindici anni dopo, AIRS continua a essere una risorsa preziosa per i meteorologi di tutto il mondo, inviando ogni giorno 7 miliardi di osservazioni in streaming ai centri di previsione.

Oltre a contribuire a migliori previsioni, AIRS mappa i gas serra, traccia le emissioni vulcaniche e il fumo degli incendi, misura composti nocivi come l'ammoniaca, e indica le regioni che potrebbero andare incontro a siccità. Ti stai chiedendo come sta guarendo il buco dell'ozono sopra l'Antartide? Lo osserva anche AIRS.

Questi vantaggi derivano dal fatto che AIRS vede molte più lunghezze d'onda della radiazione infrarossa nell'atmosfera, e fa molte più osservazioni al giorno, rispetto ai sistemi di osservazione precedentemente disponibili. Prima del lancio di AIRS, i palloni meteorologici hanno fornito le osservazioni meteorologiche più significative. Precedenti strumenti satellitari a infrarossi osservati utilizzando circa due dozzine di ampi "canali" che mediavano molte lunghezze d'onda insieme. Ciò ha ridotto la loro capacità di rilevare importanti strutture verticali. I tradizionali palloni meteorologici producono solo poche migliaia di sondaggi (profili atmosferici verticali) di temperatura e vapore acqueo al giorno, quasi interamente su terra. AIRS osserva 100 volte più lunghezze d'onda rispetto agli strumenti precedenti e produce circa 3 milioni di sondaggi al giorno, che copre l'85 per cento del globo.

AIRS osserva 2, 378 lunghezze d'onda di radiazione termica nell'aria al di sotto del satellite. "Avere più lunghezze d'onda ci permette di ottenere una struttura verticale più fine, e questo ci dà un'immagine molto più nitida dell'atmosfera, " ha spiegato lo scienziato del progetto AIRS Eric Fetzer del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. Il tempo si verifica nella troposfera, Da 7 a 12 miglia di altezza (da 11 a 19 chilometri). Anche la maggior parte della radiazione infrarossa osservata da AIRS ha origine nella troposfera.

AIRS è stato ampiamente riconosciuto come un grande progresso molto rapidamente. A soli tre anni dal suo lancio, L'ex amministratore della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Conrad Lautenbacher ha affermato che l'AIRS ha fornito "l'aumento più significativo del miglioramento previsto [ai nostri tempi] di qualsiasi singolo strumento".

All'inizio

AIRS è nato da un'idea dello scienziato della NASA Moustafa Chahine. Negli anni Sessanta, Chahine e colleghi hanno concepito per la prima volta l'idea di migliorare le previsioni del tempo utilizzando uno strumento iperspettrale, uno che suddivide la radiazione infrarossa e visibile in centinaia o migliaia di bande di lunghezze d'onda. Ha pilotato alcuni prototipi sperimentali già negli anni '70, ma AIRS non è stato realizzato fino a quando i progressi nella miniaturizzazione non hanno permesso di costruire uno strumento con la capacità necessaria che non fosse troppo pesante e ingombrante da lanciare. catena, morto nel 2011, è diventato il primo leader dell'AIRS Science Team.

Lo strumento è stato costruito da BAE Systems, ora situato a Nashua, New Hampshire, sotto la direzione di JPL. È uno dei sei strumenti che volano sul satellite Aqua nella costellazione di satelliti A-Train. Con una vita missionaria pianificata di cinque anni, sta ancora andando forte a 15 e dovrebbe durare fino a quando Aqua non esaurirà il carburante nel 2022.

Il valore di AIRS per le previsioni meteorologiche è stato quantificato in diversi esperimenti da centri di previsione in tutto il mondo. In particolare, il Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio termine (ECMWF) ha studiato in dettaglio l'impatto sulle previsioni dei diversi sistemi di osservazione. "Gli studi ECMWF hanno dimostrato che in molte circostanze, AIRS è responsabile della riduzione degli errori di previsione di oltre il 10%. Questo è il più grande miglioramento di previsione di qualsiasi singolo strumento satellitare degli anni 2000, " ha detto Joao Teixeira di JPL, il capo del team scientifico dell'AIRS.

Vedere più del tempo

Gli scienziati hanno sempre saputo che le misurazioni di AIRS contenevano informazioni oltre quelle di cui i meteorologi hanno bisogno per le previsioni meteorologiche. Le lunghezze d'onda spettrali che vede includono parti dello spettro elettromagnetico che sono importanti per lo studio del clima. L'anidride carbonica e altri gas in tracce atmosferiche lasciano le loro firme nelle misurazioni. Chahine in seguito ha commentato, "Le informazioni sono tutte lì negli spettri. Dovevamo solo capire come estrarle."

Tra la metà e la fine degli anni 2000, il team del progetto AIRS si è dedicato a questa sfida. Nel 2008, sotto la guida di Chahine, hanno pubblicato le prime mappe satellitari globali dell'anidride carbonica nella media troposfera. Queste misurazioni hanno mostrato per la prima volta che il più importante gas serra prodotto dall'uomo non è stato miscelato uniformemente in tutta l'atmosfera globale, come avevano pensato i ricercatori, ma variava fino all'1 percento (da 2 a 4 molecole di anidride carbonica su ogni milione di molecole dell'atmosfera).

Da allora, sempre più informazioni sono state estratte dagli spettri AIRS. Il team ora produce anche set di dati per il metano, monossido di carbonio, ozono, anidride solforosa e polvere, un'influenza importante su quanta radiazione raggiunge la Terra dal sole e quanta fuoriesce dalla Terra verso lo spazio. I ricercatori hanno utilizzato questi nuovi set di dati, e anche la temperatura originale AIRS, set di dati su cloud e acqua, per tante scoperte Per citare alcune scoperte recenti:

• Uno studio del 2015 ha mostrato che le misurazioni dell'umidità relativa dell'AIRS vicino alla superficie terrestre sono promettenti nel rilevare l'inizio della siccità quasi due mesi prima di altri indicatori.
• Nel 2013, i ricercatori hanno utilizzato il record di dati di AIRS per trovare 18 punti caldi globali per le onde gravitazionali atmosferiche:increspature su e giù che possono formarsi nell'atmosfera sopra qualcosa che disturba il flusso d'aria, come un temporale o una catena montuosa. Questo nuovo record di dove e quando le perturbazioni creano regolarmente onde gravitazionali è prezioso per migliorare le previsioni meteorologiche e climatiche.
• Il riscaldamento globale aumenta la quantità di vapore acqueo nell'atmosfera, che a sua volta riscalda ulteriormente l'atmosfera. Questo tipo di processo di autoalimentazione è chiamato ciclo di feedback positivo. Gli scienziati del clima avevano da tempo teorizzato che questo feedback potesse raddoppiare il riscaldamento dovuto all'aumento dell'anidride carbonica. I dati di temperatura e umidità di AIRS hanno permesso loro di confermare questa ipotesi per la prima volta.

L'eredità di AIRS

Grazie al suo clamoroso successo, AIRS non è più unico nel suo genere. "La missione ha dimostrato un approccio di misurazione che sarà utilizzato dalle agenzie operative per il prossimo futuro, ", ha affermato Tom Pagano, Project Manager di AIRS di JPL. Già, ci sono altri tre ecoscandagli iperspettrali in orbita:il Cross-track Infrared Sounder (CrIS) sulla NASA/NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi-NPP), e due strumenti IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) sui satelliti Metop-A e -B di EUMETSAT. Ulteriori ecoscandagli sono previsti per il lancio negli anni 2030.

Insieme, questi strumenti iperspettrali creeranno una registrazione di misurazioni altamente accurate della nostra atmosfera che durerà molti decenni. Ciò aggiungerà un ulteriore vantaggio all'eredità di AIRS:il potenziale per migliorare la comprensione del clima di oggi e del futuro.