В направлении глобального стандарта для микроволновых измерений

Значительная часть знаний о декадных изменениях климата, как и данных для вечернего прогноза погоды, поступает со спутников, дистанционно измеряющих микроволновое излучение на разных уровнях атмосферы Земли. Однако в настоящее время не существует общепринятого стандарта яркостной температуры (радиации) для микроволнового диапазона, который можно было бы использовать для авторитетной калибровки датчиков, устранения расхождений между показаниями разных спутников или сравнения результатов различных программ.

Для целей погоды и климата точность измерений температуры должна составлять 1 кельвин или менее. Однако существующие измерения не могут обеспечить такую точность и надежность. Новые данные с номинально идентичных приборов могут различаться на пару кельвинов. Эти расхождения, отчасти вызванные отсутствием надежной калибровки, негативно влияют на создание согласованных долгосрочных климатических наборов данных. Например, 30-летние данные из трех авторитетных источников показывают тренды температуры в средней тропосфере, различающиеся по величине в три раза.

Для решения этой проблемы ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) разрабатывают систему измерений, прослеживаемую к Международной системе единиц (SI). Ключевым достижением стала демонстрация метода создания прослеживаемого стандарта для приемника излучения (иррадианса). Новая методика позволяет определять яркостную температуру черного тела, минуя сложности, связанные с точным знанием диаграммы направленности антенны.

Метод был протестирован в безэховой камере в Боулдере, штат Колорадо, с использованием черного тела диаметром 33 см. В результате достигнута неопределенность измерения в 0,7 К в диапазоне частот от 18 до 26,5 ГГц, что соответствует требованиям для мониторинга ряда параметров, включая состояние тропосферы, стратосферы, осадки и содержание водяного пара. Эта процедура хорошо подходит для предстартовой калибровки целей на микроволновых частотах.

«Микроволновые измерения предоставляют информацию, недоступную для оптических датчиков, например, сквозь облака, — объясняет Дэвид Уокер, руководитель проекта. — Они также дают количественные данные о влажности атмосферы, что критически важно, например, для точных измерений изменения уровня моря со спутников, где поправка на задержку сигнала в атмосфере может достигать нескольких сантиметров».