Exakta väderprognoser räddar liv. NASA:s Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) instrument, lanserades på detta datum för 15 år sedan på NASAs Aqua -satellit, väsentligt ökad väderprognosnoggrannhet inom ett par år genom att tillhandahålla extraordinära tredimensionella kartor över moln, lufttemperatur och vattenånga genom atmosfärens väderbildande lager. Femton år senare, AIRS fortsätter att vara en värdefull tillgång för prognosmakare världen över, skicka 7 miljarder observationer som strömmar till prognoscentra varje dag.

Förutom att bidra till bättre prognoser, AIRS kartlägger växthusgaser, spårar vulkanutsläpp och rök från skogsbränder, mäter skadliga föreningar som ammoniak, och anger regioner som kan vara på väg mot en torka. Har du undrat hur ozonhålet över Antarktis läker? AIRS noterar det också.

Dessa fördelar kommer eftersom AIRS ser många fler våglängder av infraröd strålning i atmosfären, och gör betydligt fler observationer per dag, än de observationssystem som tidigare fanns tillgängliga. Innan AIRS lanserades, väderballonger gav de viktigaste väderobservationerna. Tidigare infraröda satellitinstrument observerades med hjälp av cirka två dussin breda "kanaler" som hade i genomsnitt många våglängder tillsammans. Detta minskade deras förmåga att upptäcka viktig vertikal struktur. Traditionella väderballonger producerar bara några tusen ljud (atmosfäriska vertikala profiler) av temperatur och vattenånga om dagen, nästan helt över land. AIRS observerar 100 gånger fler våglängder än de tidigare instrumenten och producerar nära 3 miljoner lödningar om dagen, täcker 85 procent av världen.

AIRS observerar 2, 378 våglängder av värmestrålning i luften under satelliten. "Med fler våglängder kan vi få finare vertikal struktur, och det ger oss en mycket skarpare bild av atmosfären, "förklarade AIRS -projektforskaren Eric Fetzer från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. Vädret förekommer i troposfären, 7 till 12 miles hög (11 till 19 kilometer). Det mesta av den infraröda strålningen som observerats av AIRS har också sitt ursprung i troposfären.

AIRS erkändes allmänt som ett stort framsteg mycket snabbt. Bara tre år efter lanseringen, tidigare National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) -administratör Conrad Lautenbacher sa att AIRS gav "den mest betydande ökningen av prognosförbättringen [i vår tid] för ett enda instrument."

I början

AIRS var hjärnbarnet till NASA -forskaren Moustafa Chahine. På 1960 -talet, Chahine och kollegor först kom på idén att förbättra väderprognoser genom att använda ett hyperspektralinstrument - ett som bryter infraröd och synlig strålning i hundratals eller tusentals våglängdsband. Han flög några experimentella prototyper redan på 1970 -talet, men AIRS kom inte till skott förrän framstegen inom miniatyrisering gjorde det möjligt att bygga ett instrument med den nödvändiga förmågan som inte var för tung och skrymmande för att starta. Chahine, som dog 2011, blev den första AIRS Science Team -ledaren.

Instrumentet byggdes av BAE Systems, ligger nu i Nashua, New Hampshire, under ledning av JPL. Det är ett av sex instrument som flyger på Aqua-satelliten i A-Train-satellitkonstellationen. Med ett planerat missionsliv på fem år, det går fortfarande starkt vid 15 och förväntas pågå tills Aqua tar slut på bränsle 2022.

Värdet av AIRS för väderprognoser kvantifierades i flera experiment av prognoscentra över hela världen. Särskilt, European Center for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) har i detalj undersökt effekterna på prognoser för olika observationssystem. "ECMWF -studier har visat att under många omständigheter, AIRS ansvarar för att minska prognosfel med mer än 10 procent. Detta är den största prognosförbättringen för ett enda satellitinstrument på 2000 -talet, "sa Joao Teixeira från JPL, AIRS Science Team -ledare.

Ser mer än väder

Forskare visste alltid att AIRS mätningar innehöll information utöver vad meteorologer behöver för väderprognoser. De spektrala våglängder den ser inkluderar delar av det elektromagnetiska spektrumet som är viktiga för att studera klimat. Koldioxid och andra atmosfäriska spårgaser lämnar sina signaturer i mätningarna. Chahine kommenterade senare, "Informationen finns i spektra. Vi var bara tvungna att ta reda på hur vi skulle extrahera den."

I mitten till slutet av 2000-talet AIRS -projektgruppen vände sig till den utmaningen. 2008, under Chahines ledning, de publicerade de första globala satellitkartorna över koldioxid någonsin i mitten av troposfären. Dessa mätningar visade för första gången att den viktigaste mänskligt producerade växthusgasen inte var jämnt blandad i hela den globala atmosfären, som forskarna trodde, men varierade med så mycket som 1 procent (2 till 4 molekyler koldioxid av varje miljon molekyler i atmosfären).

Sedan dess, mer och mer information har extraherats från AIRS -spektra. Teamet producerar nu också datamängder för metan, kolmonoxid, ozon, svaveldioxid och damm, ett viktigt inflytande på hur mycket strålning som når jorden från solen och hur mycket som rymmer från jorden till rymden. Forskare har använt dessa nya datamängder, och även den ursprungliga AIRS -temperaturen, datauppsättningar för moln och vatten, för många upptäckter. För att nämna några av de senaste fynden:

• En studie från 2015 visade att AIRS mätningar av relativ luftfuktighet nära jordens yta visar lovande att upptäcka torka nästan två månader före andra indikatorer.
• Under 2013, forskare använde AIRS datarekord för att hitta 18 globala hotspots för atmosfäriska gravitationsvågor-upp-och-ned-krusningar som kan bildas i atmosfären ovanför något som stör luftflödet, till exempel åskväder eller bergskedjor. Detta nya register över var och när störningar regelbundet skapar gravitationsvågor är värdefullt för att förbättra väder- och klimatprognoser.
• Global uppvärmning ökar mängden vattenånga i atmosfären, vilket i sin tur värmer stämningen ytterligare. Denna typ av självmatande process kallas en positiv återkopplingsslinga. Klimatforskare hade länge teoretiserat att denna feedback kan fördubbla uppvärmningen från ökningar av koldioxid. AIRS:s temperatur- och luftfuktighetsdata gjorde att de för första gången kunde bekräfta denna hypotes.

AIRS arv

På grund av dess rungande framgång, AIRS är inte längre en i sitt slag. "Uppdraget har visat en mätmetod som kommer att användas av operativa organ under överskådlig framtid, "sa AIRS projektledare Tom Pagano från JPL. Redan, det finns tre andra hyperspektrala larmare i omloppsbana:Cross-track Infrared Sounder (CrIS) på NASA/NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi-NPP), och två Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI) instrument på EUMETSATs Metop -A och -B satelliter. Ytterligare ljuddämpare är planerade för lansering under 2030 -talet.

Tillsammans, dessa hyperspektrala instrument kommer att skapa ett register över mycket noggranna mätningar av vår atmosfär som kommer att vara många decennier långa. Det kommer att ge ytterligare en fördel till AIRS arv:möjligheten att förbättra förståelsen för dagens och framtidens klimat.