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利用されています。地球の大気中の二酸化炭素を宇宙から測定するための、稼働中および計画中のさまざまな機器があります_。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年にADEOS I衛星に搭載された温室効果ガス干渉計（IMG）でした。このミッションは1年未満で終了しました。それ以降、2つの高精度（0.3%または1 ppmより優れている）衛星（ GOSATとOCO-2 ）によるものを含め、追加の宇宙からの測定が開始されました。さまざまな機器設計は、さまざまな主要な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、衛星観測によって解明でき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CO2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分かっていない。また、異なる気候の下で、さまざまな地域がCO2フラックスに関してどのように振る舞うかも不明である_。たとえば、森林は施肥効果またはβ効果によりCO2_{吸収を増加させる可能性がある}^{[ 2 ]}、あるいは高温下での微生物の代謝増加によりCO2_{を放出する可能性がある}^{[ 3 ]} 。これらの疑問は、歴史的に空間的にも時間的にも限られたデータセットでは答えるのが難しい。

二酸化炭素の衛星観測は比較的新しい技術ではあるものの、様々な目的に利用されており、そのいくつかを以下に紹介する_。

• GOSAT衛星によりメガシティの_CO2増加が観測され、宇宙から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CO ₂の流入と流出のフラックス推定が行われた。^{[ 7 ] [ 8 ]}
• 北方地域では_、異常な気温とCO2測定値の間に相関関係が観察された。^{[ 9 ]}
• CO _2の帯状非対称パターンは、化石燃料の痕跡を観察するために使用されました。^{[ 10 ]}
• 森林火災からのメタン排出比率が測定された。 ^{[ 11 ]}
• MOPITT装置で測定されたCO2_排出と一酸化炭素（不完全燃焼の指標）の比率を世界中の主要都市圏で分析し、発展途上国／先進国の状況を測定した。^{[ 12 ]}
• OCO-2の観測データは、2015年のインドネシアの山火事によるCO2排出量を推定するために使用された_。^{[ 13 ]}
• OCO-2の観測データは、 2014～2016年のエルニーニョ現象による陸海間の過剰なフラックスを推定するためにも使用された。^{[ 14 ] [ 15 ]}
• GOSATの観測データは、2010年から2011年のエルニーニョ・モドキがブラジルの炭素収支に及ぼした影響を特定するために使用された。^{[ 16 ]}
• _{OCO-2の観測データは}、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排出量モニタリングの可能性を示しまし_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ります。ほとんどの手法は、地球表面から反射される赤外線を観測することに依存しています。これらの機器は分光法を使用するため、各観測地点でスペクトルが記録されます。これは、RGBピクセルのみの場合に比べて、転送する必要のあるデータ量が大幅に（約1000倍）増えることを意味します。地表面のアルベドや観測角度の変化は測定結果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観測モードを使用する場合があります。これらは、生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ります。他の宇宙機器と同様に、損傷を防ぐために宇宙ゴミを避ける必要があります。

水蒸気は空気中の他のガスを希釈し、地球表面上空のカラム内のCO ₂の量を変化させるため、カラム平均乾燥空気モル分率 (X _{CO 2} ) が代わりに報告されることが多い。これを計算するには、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する場合がある。^{[ 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ている場合がある。測定の不完全性や X CO 2}を得るための信号のフィッティングのエラーのため、宇宙からの観測はTCCONなどの地上からの観測と比較される場合もある。^{[ 19 ]}