オゾンモニタリング機器

オゾン監視装置（OMI）^[1]は、 NASAの Aura宇宙船に搭載された天底視の可視および紫外線分光計で、 A-Train衛星群の一部です。この衛星群では、AuraはAqua衛星の約15分後に編隊飛行しており、どちらも極太陽同期パターンで地球を周回し、1日でほぼ地球全体をカバーしています。Aura衛星は2004年7月15日に打ち上げられ、OMIは2004年8月9日からデータを収集しています。^[2]

技術的な観点から見ると、OMI 機器はハイパースペクトル画像を使用して、可視光線と紫外線をカバーするスペクトル範囲で宇宙への太陽光後方散乱放射を観測します。そのスペクトル機能は、正確さと精度の点でオゾン総量取得の特定の要件を満たすように設計されています。また、その特性により、長期プロジェクト要件にわたって正確な放射測定と波長の自己校正が提供されます。

OMI プロジェクトは、オランダ航空宇宙計画庁(NIVR)、フィンランド気象研究所(FMI)、およびアメリカ航空宇宙局 (NASA) の協力によるものです。

OMIプロジェクトはNIVRの指揮の下で実行され、オランダの経済省、運輸省、公共事業省、教育科学省の資金提供を受けた。この装置はオランダ宇宙局がオランダ応用科学研究科学産業機構およびオランダ宇宙研究所と協力して構築した。フィンランドの産業界が電子機器を供給した。OMIプロジェクトの科学的部分はKNMI （主任研究員のPF Levelt教授、現在はデルフト工科大学）がNASAおよびフィンランド気象研究所と緊密に協力して管理している。

OMIの科学的目的の1つは、オゾン（O ₃）、二酸化窒素^[3]（NO ₂）、二酸化硫黄^[4]（SO ₂）、ホルムアルデヒド（HCHO）^[5] 、 BrO、^{[6] 、OClOなどの微量ガスを測定することです。ただし、OMIセンサーは、煙、ほこり、}硫酸塩^[7]などのエアロゾルの種類を区別でき、雲圧^{[8] [7]と雲量を測定することができ、これらは}対流圏オゾン^[9]を導き出すためのデータを提供します。その点で、OMIはTOMS、SBUV、GOME、SCIAMACHY、GOMOSの伝統を引き継いでいます。それに加えて、OMIはTOMSよりも少なくとも100倍高い感度で火山噴火の排出物を検出することを目指しています。オゾン監視装置は、グリオキサール^[10]などの他の微量ガス、表面紫外線^[11]などの変数、または水蒸気^[12] 、 NO ₂、オゾンなどの全気柱推定を監視するための有用なプラットフォームであることが証明されています。欧州中期気象予報センター（ECMWF）、米国海洋大気庁（NOAA）によるオゾンと大気質の予報、火山噴火時の航空機のルート変更のための火山灰警報センター（VAAC）による運用サービスで使用されています。

この装置は地球の後方散乱放射を観測し、2 つのイメージング グレーティング分光計を使用します。各グレーティング分光計は、780 x 576 (スペクトル x 空間) ピクセルの CCD 検出器に接続されています。この装置は、観測の 1 つのピクセルが天底 (真下) で 13 x 24 km ^{2 の空間解像度を持つ通常の動作モードと、この解像度が 13 x 12 km 2}に増加するズーム モードの 2 つの異なるモードで動作できます。

OMI 測定は 264～504 nm (ナノメートル) のスペクトル領域をカバーし、スペクトル分解能は 0.42 nm ～ 0.63 nm、地上の公称フットプリントは天底で 13 × 24 km ^{2 です}。このスペクトル範囲は 3 つの異なるチャネルに分かれており、そのうち 2 つは紫外線領域、1 つは可視スペクトル領域です。UV-1 チャネルの地上ピクセル サイズは、他の 2 つのチャネルと比較してスワス方向で 2 倍の大きさであることに注意してください。この UV チャネルの光学設計は、この波長範囲での迷光を減らすために行われました。^[13]

Aura 衛星は高度 705 km の太陽同期極軌道を周回しており、正確に 16 日周期で周回し、昇交点での赤道通過時刻は 13.45 (午後 1:45) です。軌道傾斜角は 98.1 度で、北緯 82 度から南緯 82 度までの緯度範囲をカバーします。これは、軌道横断視野角範囲が 114 度の広視野イメージング分光計で、2,600 km の幅の観測範囲を提供し、毎日地球全体をカバーした測定が可能です。

校正および検証プロセスの議論は、オーラ衛星の打ち上げ前に始まりました。^{[14] [15]}機器が軌道に乗ると、これらの校正の情報が公開され、^[16]絶対放射校正、双方向散乱分布関数 (BSDF) 校正、および継続中のスペクトル校正の具体的な詳細が示されました。また、機器には検出器の校正用に内部白色光源が装備されていることにも注意してください。検証^[17]は、機器の衛星データ製品に固有の不確実性と各データ製品に使用される取得アルゴリズムを評価することを目的としており、オーラ衛星の打ち上げ以来継続的に行われています。検証には、オゾン全柱、^{[18] [19]} NO ₂、^{[20] [21]}オゾン垂直プロファイルなどの製品が含まれます。^{[22] [23]}

科学的測定のための衛星機器の重要な側面の 1 つは、センサーのライフサイクル中のパフォーマンスの進化と、データ製品の品質の継続的な評価です。OMI のような機器の場合、考慮すべき主な側面は、放射測定とスペクトルの安定性、行異常、および検出器の劣化です。最初の側面では、OMI の放射測定の劣化は、UV チャネルで約 2%、VIS チャネルで約 0.5% の範囲で、他の同様の衛星機器よりもはるかに低くなっています。機器の波長校正に関しては、0.005～0.020 nm で安定しており、高い波長安定性を示しています。おそらく機器の部分的なカバーが原因で行異常が検出され、 ^[24]これらの特定の行の使用を回避して取得製品の品質を維持するために、生の製品に警告フラグが含まれていました。 2017年に発表された長期校正に関するさらなる情報^[24]によると、この機器は今後5～10年間は​​有用な科学データを提供できると予想されている。

OMIプロジェクトは大気の組成を監視し、大気化学研究の分野で広く使用されている測定値を提供してきました。^[25] 10年以上運用されているため、傾向の監視にも役立ちます。OMIの最初の14年間を説明する参考文献^[7]には、 NASA、KNMI、FMI、SAOによって提供された研究データ製品が詳述されています。また、これらの著者によると、当初の目標を超えて、OMIは高解像度のNO ₂およびSO ₂測定値（OMIは、このような空間解像度と組み合わせて毎日の地球全体をカバーできる最初の機器です）、およびトップダウン研究によって発生源帰属分析が可能になったという事実により重要になりました。

オゾン監視装置の国際チームは、地球システムへの理解を深めることに貢献したことで、数々の賞を受賞しています。

• USGS 2018 ペコラ賞 ペコラ賞は、地球科学の分野でリモートセンシングを使用する個人またはチームを表彰する年次賞です。科学的な役割だけでなく、意思決定者に情報を提供したり、自然災害や人為的災害への対応を支援したりする役割も評価されます。
• 2021 AMS 特別賞 OMI インターナショナル チームへのこの賞の概要は、AMS ビデオで説明されています。

  

• モントリオール議定書の評価: この機器は、オゾン層を監視するための長期データ記録を提供する安定性が実証されており、南半球のオゾン層破壊の回復の可能性を評価する上で特に重要です。
• 微量ガスの世界的濃度：OMI データは、米国、ヨーロッパ、日本で NO2 濃度が着実に減少していることを示しています_が、中国では最初に大幅な増加が見られ、2014 年以降は減少しています。
• 温暖化を引き起こす可能性のある吸収エアロゾル：OMIは紫外線（UV）チャンネルからそのような吸収能力を導き出すことができるため、情報を提供することができます。^[26]
• 対流圏オゾンの長期データ記録が確立されている。対流圏オゾンは第3の主要な人為的温室効果ガスであるため、対流圏オゾンの評価は重要であり^[27]、対流圏のオゾンの割合は、OMIデータから単独で、または他の機器と組み合わせて導き出すことができる^[28]。
• OMIのホルムアルデヒド測定では、インドと中国ではこの微量ガスが増加しており、アマゾンの森林では減少傾向にあることが示されており、これは森林破壊の影響を受けた地域と空間的に相関している^[29]。
• OMIは火山の噴出量を毎日監視するために使用された最初の衛星機器である^[30]

• NASA.gov の OMI ウェブページ
• OMI ウェブページ (KNMI.nl)
• 対流圏排出監視インターネットサービス (TEMIS)
• https://docserver.gesdisc.eosdis.nasa.gov/repository/Mission/OMI/3.3_ScienceDataProductDocumentation/3.3.2_ProductRequirements_Designs/README.OMI_DUG.pdf