Измерение цвета океана

Центр измерения углерода при Национальной физической лаборатории (NPL) работает над повышением точности измерений цвета океана, которые критически важны для климатического моделирования и мониторинга здоровья океанов. Различия в цвете (изменения спектральной отражательной способности солнечного света) океанской поверхности позволяют оценивать концентрацию фитопланктона и масштабы цветения водорослей. Это важно, поскольку их хлорофилл служит естественным поглотителем CO₂, а цветение иногда указывает на загрязнение.

Спутники постоянно отслеживают поверхность Земли, собирая данные для климатических моделей, которые лежат в основе нашего понимания таких проблем, как изменение климата. Цвет океана — одно из множества измерений, выполняемых этими спутниками, и одно из самых сложных. Океаны поглощают гораздо больше света, чем континенты, поэтому спутниковые измерения должны быть достаточно чувствительными, чтобы улавливать малейшие изменения в том небольшом количестве света, которое отражается от воды обратно к датчикам.

Приборы на борту спутников, измеряющие цвет океана, называются «радиометрами». Их калибруют до запуска спутника, а также регулярно сверяют с измерениями, выполненными в море. Эта послепусковая калибровка жизненно важна для обеспечения точности спутниковых данных. Однако у радиометров, используемых для измерений в море, текущая погрешность составляет около 5%, причем неопределенность абсолютной радиометрической калибровки (прослеживаемость) превышает 2%. NPL в сотрудничестве с международными экспертами работает над улучшением этого показателя.

Европейская программа метрологических исследований (EMRP) частично финансировала эту работу через проект «Метрология для наблюдения Земли и климата» (MetEOC), цель которого — улучшить широкий спектр измерений, связанных с дистанционным мониторингом Земли. Эксперименты, проведенные в темничных помещениях NPL, позволили изучить источники неопределенности при измерении цвета океана и усовершенствовать калибровку коммерческих радиометров. Тесты показали, что при использовании первичного эталонного источника излучения (такого, как поддерживаемые в NPL) вместо вторичного стандарта и модификации процедуры калибровки путем последовательного выравнивания каждого цветового канала радиометра, неопределенность абсолютной радиометрической калибровки можно снизить примерно до 1%.

Ученые NPL также участвовали в калибровке и характеризации 13 радиометров, которые в настоящее время работают на измерительной станции в Средиземном море, примерно в 60 километрах от Ниццы. Там в рамках проекта BOUSSOLE постоянно закреплен специально разработанный буй для получения радиометрических данных. Именно с этого буя производятся измерения цвета океана для проверки данных, получаемых европейскими и международными спутниками, путем их сравнения со спутниковыми показаниями в момент пролета аппарата над буем.

В долгосрочной перспективе ожидается, что высокоточные прослеживаемые измерения непосредственно из космоса со специально разработанных спутников, таких как миссия NPL TRUTHS, позволят регулярно обновлять калибровочные коэффициенты приборов на референтных участках (например, BOUSSOLE) и еще больше повысить точность, поскольку они будут учитывать не только радиометрическую калибровку наземных инструментов, но и влияние атмосферы. Улучшая измерения в море, NPL в конечном итоге помогает повысить надежность измерений из космоса, что углубляет наше понимание климатической системы Земли и усиливает доверие к моделям, помогающим политикам реагировать на изменение климата.