Los investigadores han desarrollado un sistema basado en láser que se puede utilizar para la medición en el aire de gases atmosféricos importantes con una precisión y resolución sin precedentes. La capacidad de recopilar estos datos ayudará a los científicos a comprender mejor cómo estos gases atmosféricos afectan el clima y podrían ayudar a mejorar el climacambiar las predicciones
en la revista Optical Society óptica aplicada , investigadores de Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt eV DLR, el centro nacional de investigación aeroespacial, energética y de transporte de Alemania, describen cómo se utilizó su instrumento lidar a bordo de un avión para adquirir las primeras mediciones simultáneas de la estructura verticalde vapor de agua y ozono en la región de la tropopausa de la atmósfera. Los investigadores dicen que el nuevo sistema podría incluso ser útil para monitorear los gases atmosféricos desde el espacio.
La tropopausa separa la capa de troposfera de superficie donde el clima tiene lugar desde la estratosfera suprayacente que contiene la capa de ozono que protege la vida de la Tierra de la radiación dañina. Los científicos quieren estudiar el vapor de agua y el ozono en la tropopausa debido a la distribución de estos gaseslos gases en esta capa juegan un papel crucial en el clima de la Tierra.
"La capacidad de detectar la estructura vertical del vapor de agua y el ozono es crítica para comprender el intercambio de estos gases atmosféricos entre la troposfera y la estratosfera", dijo Andreas Fix, quien dirigió el equipo de investigación. "Estas mediciones podrían ayudarnos a identificarerrores e incertidumbres en los modelos climáticos que ayudarían a mejorar las predicciones del clima futuro, que es uno de los desafíos centrales para nuestra sociedad y economía ".
ganando una perspectiva 3D
Los gases atmosféricos se pueden evaluar con instrumentos que se envían a la atmósfera o con datos adquiridos de satélites. Sin embargo, estos métodos no han sido capaces de proporcionar una imagen completa de la distribución de gases atmosféricos porque carecen del componente vertical o no proporcionanresolución suficientemente alta. Aunque los instrumentos transportados con globos, conocidos como sondas de globos, pueden proporcionar perfiles verticales altamente resueltos, no ofrecen una resolución temporal detallada y solo pueden usarse en sitios seleccionados.
Para resolver estos problemas, los investigadores desarrollaron un sistema lidar que usa luz láser para medir tanto el ozono como el vapor de agua al mismo tiempo. Su enfoque, llamado lidar de absorción diferencial DIAL, usa dos longitudes de onda UV ligeramente diferentes para medir cada gasLa radiación UV a una longitud de onda es absorbida principalmente por las moléculas de gas, mientras que la mayor parte de la otra longitud de onda se refleja. La medición de la relación de las señales UV que regresan de la atmósfera permite el cálculo de un perfil de gas detallado.
Los perfiles de gas creados con el nuevo sistema LIDAR exhiben una resolución vertical de alrededor de 250 metros y una resolución horizontal de aproximadamente 10 kilómetros debajo de la pista de vuelo del avión.
"Esta capacidad vertical es un avance significativo en el estudio de los procesos de intercambio en la tropopausa", dijo Fix. "Ayuda a superar las deficiencias significativas en la resolución de la distribución a escala fina que ha dificultado la comprensión de los procesos responsables del intercambio en la tropopausa."
Logrando eficiencia energética
Para realizar este método a bordo de un avión, los investigadores utilizaron un oscilador paramétrico óptico OPO altamente eficiente que desarrollaron previamente para convertir la salida del láser a las longitudes de onda UV necesarias para medir el vapor de agua y el ozono ". La conversión debe ser muy energéticaeficiente para generar radiación UV con energías de pulso adecuadas y alta potencia promedio de la energía limitada disponible a bordo de un avión ", explicó Fix.
Las pruebas del nuevo sistema lidar mostraron que su precisión coincidía bien con la de las sondas de globo. En 2017, los investigadores volaron el nuevo sistema a bordo de la misión de intercambio isentrópico impulsado por ondas WISE, que involucró múltiples vuelos de largo alcance sobre elAtlántico norte y norte de Europa: descubrieron que el instrumento funcionaba notablemente bien, permanecía estable durante el uso y podía medir las distribuciones características de ozono y vapor de agua en la tropopausa.
Los investigadores planean analizar los nuevos datos de componentes verticales adquiridos durante WISE e integrarlos en los modelos climáticos. Esperan usar el instrumento para recopilar datos de información de gases atmosféricos a bordo de futuros vuelos.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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