【战略前沿】NOAA工作组维持长期卫星连续性太阳总辐射观测报告的审核(摘要)
来源: http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=18371
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2015-01-05

太阳辐照为气候系统提供最重要的能源,它的变化可能缓解或加剧人为引起的气候变化。保持一个连续不断的太阳总辐射(TSI)记录在解决关于太阳变化影响地球气候的争论上有着关键作用。

自1978年以来,太空仪器就开始获取TSI数据了。目前,具有最佳校准水平和最低噪音源的TSI测量工具是装载在NASA太阳辐射和气候实验卫星(SORCE)上的太阳总辐射监测仪(TIM)。这些TIM时代收集的数据比全记录的较早期的数据具有更高质量。因此,TSI气候数据记录(CDR)由两部分组成,一部分是TIM时代更为精确的短期数据,另一部分是33年以来全太空TSI测量记录。两者都很重要并需要保存。

SORCE卫星已经远超过它的设计使用寿命并有着严重的电池老化问题。太阳总辐射传感器(TSIS),一个双仪器包将装载到联合极地环境系统卫星(JPSS)自由飞行器1(FF-1)上执行任务以便继续进行TSI记录,这项发射任务直到2016年末或2017年初都没有安排执行,这样的话就产生了一个潜在的数据收集中断期。不幸的是,NASA的光荣飞行器,搭载一个TIM仪器,本来有可能填补这个数据收集的空白间隙,在2011年3月4日发射时却不能正常入轨。如果没有一个缓解此问题的计划,两种数据记录(TIM年代数据和全记录数据)的连续性会受到威胁。

通过检查不同方法以避免SORCE和JPSS TSIS观测数据之间的空白,大气和空间物理实验室(LASP)的科学家与NASA和NOAA官方合作,发现了一个很好的机会,那就是在即将发射的空军STPSat-3星上,安装一个包括TSI校准转换实验(TCTE)组件,包括一个TIM传感器和电子盒。2013年早期,NOAA一个工作组制定了描述该机构将如何通过TCTE项目缓解数据测量空白期的计划。

该计划的评审委员会发现此计划忠实地追随NOAA Greg Kopp和Judith Lean两个项目的科学研究内容。所提出的解决方案代表创新性的、快速和低成本的反应机制,探索利用一种已有工程仪器模式的可能性,继承工程、任务结构和数据分析资源。

当TCTE观测数据在SORCE/TIM和JPSS FF1/TSIS两者间的鸿沟两头重叠的时候,TSI气候数据记录(CDR)连续性要求可以得到满足。NOAA计划的重点放在较短期和更精确的TIM时代的数据,评审委员会认为这个计划不能够保证TIM时代数据的完整性,因为该计划试图用1年半的时间去填补3年多的观测数据空白。TCTE发射定于2013年10月30日,很可能与SORCE重叠。之间,一个1年半的在轨数据收集可能留下一个超过1年的、在TCTE服役结束和JPSS FF-1上TSIS开始服役之间的数据收集空白。基于飞行器提供商和LASP匹配的数据,评审委员会发现TCTE与JPSS/TSIS的重叠的可能性为0.56,或者稍高于50%。如果JPSS FF-1延期发射,重叠的可能性将会减小。虽然TCTE的使命保证不了TIM时代数据记录的连续性,但这个计划更有可能保证完整的、低质量数据的连续性。评审委员会提请NOAA能够精明地利用全部可能的数据资源(如:TCTE、其他仪器、代理模型)来填补此数据空白。

总体上看,NOAA计划与Kopp和Lean研究项目提供了对填补TSI数据空白规划方法进行优缺点分析的平衡讨论,同时充分认识到TCTE的局限性。评审委员会起初也不认为对CDR的需求代表了相关的可以实现对气候变化的认知的数据需求。评审委员会对需求来源的研究结果建议,这些需求来自太阳变量和设备能力实证知识,而与地球系统能量的关联很少。为了确证这些需求对理解地球气候系统的影响,评审委员会考虑了两种不同的途径来确定需求,根据气候敏感性,而不是太阳变量或设备能力。巧合的是,评审委员会的结论与预先确定的CDR需求一致。因此,有鉴于NOAA计划的这些建议是在具体数据需求基础上形成的,评审委员会认为这一计划,从一定程度,探索了TSI观测数据损失和变化对认知地球气候系统和气候过程的重要意义。

(王化、青秀玲编译,殷永元审核)