Første flyvninger til CO2-detekterende lidar

Næsten to årtier med NASA-teknologiinvestering i lidarsystemer og to-mikronsendere har resulteret i en ny mulighed for ekstern måling af kuldioxid (CO2) niveauer i Jordens atmosfære. NASA har udviklet en Integrated Path Differential Absorption (IPDA) Lidar, der indeholder høj energi, dobbeltpulslasere med høje gentagelseshastigheder. Det kompakte lidar -instrument har til formål at levere præcise, højopløselige atmosfæriske CO2 -kolonnemålinger fra en luftbåren platform. Laserpulserne kan indstilles og låses nær bølgelængden 2,05 mikron, en ideel spektralregion til CO2 -sansning. Adskilt med 150 mikrosekunder, den første puls er indstillet til en høj CO2 -absorptionsbølgelængde og den anden puls til en lav absorptionsbølgelængde. Ved at rette pulsen mod et hårdt mål, eller Jorden, forskellen mellem retursignalerne korrelerer med den gennemsnitlige mængde CO2 i kolonnen mellem instrumentet og målet.

Kuldioxid er en drivhusgas, der betragtes som en vigtig bidragyder til den globale opvarmning. I øjeblikket, satellitter, der overvåger Jordens CO2 -niveauer, anvender passive sanseinstrumenter. Et aktivt registreringssystem som IPDA Lidar har potentialet til at overvinde nogle af begrænsningerne ved passive systemer for at give den nøjagtighed, der kræves for mere definitivt at løse CO2 -profilen. IPDA Lidar er beregnet til at være en springbræt i retning af en eventuel rumfødt mission for aktiv fjernmåling af CO2, såsom ASCENDS (aktiv registrering af CO2 -emissioner over nætter, Dage, og sæsoner) missionskoncept. Anbefalet af National Research Council i dets dekadale undersøgelse fra 2007, ASCENDS har til formål at lette en større forståelse af den rolle, CO2 spiller i den globale kulstofcyklus. Den nyudviklede IPDA Lidar-teknologi har potentiale til at levere satellitbaserede CO2-målinger, der vil levere nøjagtige CO2-målinger hele dagen og natten, året rundt, på alle breddegrader. Disse data hjælper med at identificere menneskeskabte CO2-kilder og dræn, forbedre klimamodeller og klimaforudsigelser, og muliggøre en bedre forståelse af sammenhængen mellem klima og CO2 -udveksling.

Over 11 dage i marts 2015, den pulserende 2-mikron direkte detektion IPDA Lidar gennemførte 10 ingeniørflyvninger, i alt cirka 27 timer, over Virginia ombord på NASA B200 King Air -flyet. Testflyvningerne fandt sted over forskelligt terræn med varierende reflektivitet, og analyse viser, at den målte optiske dybde for kolonnelængde matchede den modellerede værdi inden for få procent. Resultaterne fra testene er positive, og instrumentet har sandsynligvis udført den første bevis-på-princip-demonstration af en luftbåren, direkte detektion, to mikron CO2 måling. I øjeblikket, projektteamet arbejder på at inkorporere en tredje transmitteret puls i systemet. Et tripel-pulseret system ville muliggøre samtidige målinger af CO2 og vanddamp (H2O) i et enkelt kompakt instrument.