airs AIRS：执着空气观测15年

准确的天气预报可以拯救生命。2002年5月4日，NASA的大气红外探测器(AIRS)与Aqua卫星一同发射，提供了出色的三维云图、温度和整个对流层的水汽廓线，在短短几年内显著提高了天气预报的精度。

15年后的今天，AIRS依然是全球天气预报的利器，每天向预报中心发回70亿条实时观测数据。

准确的天气预报可以拯救生命。2002年5月4日，NASA的大气红外探测器(AIRS)与Aqua卫星一同发射，提供了出色的三维云图、温度和整个对流层的水汽廓线，在短短几年内显著提高了天气预报的精度。15年后的今天，AIRS依然是全球天气预报的利器，每天持续向预报中心发回70亿条实时观测数据。

除了提高预测的准确性之外，AIRS还可以绘制温室气体的分布图，跟踪火山爆发和森林火灾排放的烟雾，测量氨等有毒化合物，并预测干旱地区。

想知道南极臭氧层怎么修复空？air在看。

与以前的观测系统相比，AIRS的优势在于它可以在更多的波段探测大气中的红外辐射，并每天进行大量的观测。在AIRS发射之前，探测器空气球是最重要的气象观测仪器。此前，红外卫星仪器将不同波段均匀分布到大约24个宽的“通道”进行观测。这降低了卫星探测重要垂直结构的能力。传统的探空空气球每天只能进行数千次探空，获取大气温度和水汽的垂直廓线，几乎只能覆盖陆地。AIRS的波段比以往的观测仪器多100多倍，每天能产生约300万探空空数据，覆盖全球85%。

air可以观测到卫星空下方空气中的2378个热辐射波段。“观察更多的波段有助于我们获得更多关于垂直结构的详细信息，从而描绘出更清晰的大气结构。”埃里克·费泽是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的一名大气研究项目科学家，他解释说。天气现象主要发生在7至12英里(11至19公里)高度的对流层。AIRS观测到的大部分红外辐射也来源于对流层。

AIRS很快被认为是一项重大的技术创新。美国国家海洋与大气管理局(NOAA)前局长康拉德·劳滕巴赫尔(Conrad Lautenbacher)说，AIRS在推出仅三年后就给预测领域带来了巨大的进步，这是任何一台机器在同一时代都无法实现的。"

起源

AIRS是美国宇航局科学家穆斯塔法·查海恩发明的。20世纪60年代，Chahine和他的同事们提出了利用高光谱仪器改进天气预报的想法，这种仪器可以将红外和可见光辐射分成数千个不同波段的光谱。早在20世纪70年代，他就飞行过一些实验样机，但满足能力要求的仪器重量和体积都超过了发射条件，直到小型化技术的发展，air才呈现给世人。Chahine死于2011年。他是第一个AIRS科学小组组长。

在JPL的指导下，位于新罕布什尔州纳舒厄县的英国宇航系统公司制造了人工空气。作为A-Train卫星星座中Aka卫星携带的六种仪器之一，AIRS的计划工作寿命为5年。现在已经运行良好15年，预计在2022年Aka卫星年油耗前正常工作。

全球预报中心进行的许多实验证实了人工影响天气对天气预报的价值。特别是，欧洲中期天气预报中心(ECMWF)详细探讨了不同观测系统对预报的影响。“研究表明，在许多情况下，空气污染指数可以将预测误差减少至少10%。这是卫星单机的最大突破。”现任大气科学小组组长、JPL的若昂·特谢拉说。

天气之外

科学家们一直都知道，AIRS测量数据包含的信息比气象学家进行天气预报所需要的信息要多，其探测到的光谱波段包括电磁波波段，这对气候研究具有重要意义。大气中的二氧化碳等微量气体会在测量结果中留下痕迹。Chahine后来说:“这些信息包含在光谱中，我们只需要知道如何提取这些信息。”

21世纪中后期，AIRS项目团队开始迎接这一挑战。2008年，在Chahine的领导下，他们发布了第一张全球对流层二氧化碳的卫星地图。检测结果首次证实，人类排放的主要温室气体并不像科学家预测的那样在大气中均匀混合，而是有1%左右的差异(每百万分子大气中只有2-4分子二氧化碳)。

从那以后，科学家们能够从AIRS光谱中提取越来越多的信息。AIRS团队现在还提供了甲烷、一氧化碳、臭氧、二氧化硫和尘埃的数据集，对于了解太阳对地球的辐射量和从地球逃逸到天空的辐射量空具有重要意义。研究人员利用这些最新的数据集和原始的AIRS温度、云和水汽数据集做了大量的研究。列出几个最近的发现:

2015年的一项研究表明，AIRS提供的近地表相对湿度观测数据可以比其他指标提前近两个月检测到干旱信号。

2013年，科学家利用AIRS数据记录，发现了18个全球大气重力波的热点，即雷暴上升气流或山地地形，可引起气流扰动，在大气中形成起伏，即重力波。这一新记录提供了扰动有规律产生的重力波的位置和时间信息，对改进天气和气候预测具有重要价值。

全球变暖增加了大气中的水蒸气含量，这进一步加热了大气。这种自反馈过程称为正反馈回路。气候学家长期以来推测，这种自我进食会使二氧化碳飙升，从而加剧全球变暖。air温湿度数据集第一次为证实这一猜想提供了可能性。

空气的遗产

由于成绩显著，AIRS不再独树一帜。“可以预见，在不久的将来，这种任务验证的测量方法将在各种商业组织中广泛使用。”来自JPL的汤姆·帕加诺是“空气污染研究”项目的负责人。目前，另有三个高光谱探测器在轨道上:由IASI/诺阿芬兰国家极地轨道伙伴卫星携带的CrIS红外探测器和由欧洲气象卫星应用组织Metop-A和B卫星携带的两个红外大气探测干涉仪。其他探测器计划在20世纪30年代发射。

这些高光谱仪器将共同形成跨越数十年的高精度大气测量记录。这将是air留给人类的另一份遗产:对现在和未来气候的深刻诠释。(编辑:托尼·格雷丘斯翻译:姗姗评论:王索)