宇宙からの二酸化炭素測定

宇宙からの二酸化炭素(CO2 _{)測定は、地球の}炭素循環に関する疑問に答えるために使用されています。宇宙から地球の大気中の二酸化炭素を測定するためのさまざまな機器が稼働中または計画中です。CO2_を測定するために設計された最初の衛星ミッションは、 1996 年のADEOS I衛星に搭載された温室効果ガス干渉計モニター (IMG) でした。このミッションは 1 年も続きませんでした。それ以来、2 つの高精度 (0.3% または 1 ppm 未満) 衛星 ( GOSATおよびOCO-2 )による測定を含め、追加の宇宙ベースの測定が開始されました。異なる機器の設計は、異なる主要ミッションを反映している可能性があります。

炭素循環科学には、衛星観測が答えの助けとなる未解決の疑問がいくつかある。地球システムは、人為的なCO ₂排出量の約半分を吸収している。^[1]しかし、この吸収が地球上のさまざまな地域にどのように分配されているかは、正確には不明である。また、さまざまな気候下で、さまざまな地域がCO ₂フラックスに関してどのように動作するかも不明である。たとえば、森林は、施肥またはβ効果によりCO ₂吸収を増加させる可能性があり、 ^[2] 、または高温で微生物による代謝が増加することにより、CO _{2を放出する可能性があります。} ^[3]これらの疑問は、歴史的に空間的および時間的に制限されたデータセットでは答えるのが困難です。

_{衛星によるCO2}の観測は比較的最近のものですが、さまざまな目的で使用されており、そのいくつかを以下に紹介します。

• 大都市のCO2増加はGOSAT衛星によって観測され、宇宙ベースでの観測可能_な排出量の最小変化が推定された。^[4]
• _{衛星観測は、 CO2}が地球上でどのように分布しているかを視覚化するために使用されており、^[5]人為的排出に焦点を当てた研究も含まれています。^[6]
• _{さまざまな地域へのCO2の}流入と流出のフラックス推定が行われた。^{[7] [8]}
• 北極圏における異常気温とCO2測定値の間には相関関係が観察された_。 [ ^9]
• _CO2の帯状非対称パターンは化石燃料の特徴を観察するために使用された。^[10]
• 森林火災からのメタン排出率が測定された。^[11]
• MOPITT装置で測定された一酸化炭素_（不完全燃焼の指標）を含むCO2排出比率を世界中の主要都市地域で分析し、発展途上国/先進国の状況を測定した。^[12]
• OCO-2の観測結果は、2015年にインドネシアで発生した山火事によるCO2排出量を_{推定するために使用された。} ^[13]
• OCO-2観測は、 2014～2016年のエルニーニョ現象による過剰な陸域海洋フラックスの推定にも使用されました。^{[14] [15]}
• GOSATの観測結果は、2010年から2011年にかけてのエルニーニョモドキがブラジルの炭素収支に及ぼした影響を明らかにするために使用された。^[16]
• OCO-2の観測は個々の発電所からのCO2排出量を定量化するために使用され、将来の宇宙ベースのCO2排出量監視の可能性を実証しまし_た。_[ 17 ^]

微量ガスのリモートセンシングにはいくつかの課題がある。ほとんどの技術は、地球の表面から反射された赤外線を観測することに依存している。これらの機器は分光法を使用するため、各探査フットプリントでスペクトルが記録される。つまり、 RGB ピクセルのみで必要な量よりも大幅に (約 1000 倍) 多くのデータを転送する必要がある。表面のアルベドと視野角の変化は測定値に影響を与える可能性があり、衛星は場所によって異なる表示モードを使用する可能性がある。これらは、生のデータを最終的な測定値に変換するために使用されるアルゴリズムで考慮される可能性がある。他の宇宙ベースの機器と同様に、損傷を防ぐために宇宙ゴミを避ける必要がある。^{[引用が必要]}

水蒸気は空気中の他のガスを希釈し、地球表面上の柱状CO ₂の量を変えることができるため、代わりに柱状平均乾燥空気モル分率（X _{CO 2}）が報告されることが多い。これを計算するために、機器は他のガスと同様に希釈されるO ₂も測定するか、アルゴリズムが他の測定値から水と表面圧力を考慮に入れる場合がある。^{[18]雲は正確な測定を妨げる可能性があるため、プラットフォームには雲を測定する機器が含まれる場合がある。測定の不完全さとX} _{CO 2 を}取得するために信号をフィッティングする際の誤差のため、宇宙ベースの観測はTCCONなどの地上ベースの観測と比較されることもある。^[19]

_{地上までのCO2}の総柱測定に加えて、地球の上層大気の端を通る_{CO2 を}測定するリムサウンダや、昼夜を問わず上層大気を測定する熱計測器もいくつか存在しています。

• 2001年12月7日に打ち上げられたTIMEDに搭載された広帯域放射測定装置（SABER）は、中間圏と下部熱圏の熱帯域での測定を行います。^[54]
• 2003年8月13日に打ち上げられたSCISAT-1に搭載されたACE-FTS（大気化学実験-フーリエ変換分光計）は太陽スペクトルを測定し、そこからCO2のプロファイル_を計算することができる。^[55]
• SOFIE（太陽掩蔽氷観測実験）は、2007年4月25日に打ち上げられたAIM衛星に搭載された太陽周縁観測装置である^。[56]

初期評価を経たものの、宇宙ベースの観測システムの一部として選ばれなかった概念的なミッションは他にもあります。これには次のものが含まれます。

• 夜間、昼間、季節を通したCO2排出量のアクティブセンシング（ASCENDS）は、ライダーベースのミッションである_[ 57 ^]
• 静止フーリエ変換分光計（GeoFTS）^[58]
• 北方地域大気イメージングミッション（AIM-North）は、楕円軌道上の2つの衛星のコンステレーションで北方地域に焦点を当てるものです。^{[59] [60]}このコンセプトは2019年から2020年にかけてフェーズ0の調査が行われています。
• 炭素監視衛星（CarbonSat）は、約6日ごとに地球全体をカバーする画像衛星のコンセプトでした。このミッションはコンセプト段階を超えることはありませんでした。^[61]