Previsões meteorológicas precisas salvam vidas. Instrumento Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) da NASA, lançado nesta data há 15 anos no satélite Aqua da NASA, aumentou significativamente a precisão da previsão do tempo dentro de alguns anos, fornecendo mapas tridimensionais extraordinários de nuvens, temperatura do ar e vapor d'água em toda a camada causadora do clima. Quinze anos depois, AIRS continua a ser um recurso valioso para meteorologistas em todo o mundo, enviando 7 bilhões de observações para os centros de previsão todos os dias.

Além de contribuir para melhores previsões, AIRS mapeia gases de efeito estufa, rastreia emissões vulcânicas e fumaça de incêndios florestais, mede compostos nocivos como amônia, e indica regiões que podem estar caminhando para uma seca. Você tem se perguntado como o buraco na camada de ozônio sobre a Antártica está se curando? AIRS também observa isso.

Esses benefícios vêm porque o AIRS vê muito mais comprimentos de onda de radiação infravermelha na atmosfera, e faz muito mais observações por dia, do que os sistemas de observação que estavam disponíveis anteriormente. Antes do AIRS ser lançado, balões meteorológicos forneceram as observações meteorológicas mais significativas. Instrumentos de satélite infravermelho anteriores observados usando cerca de duas dúzias de "canais" largos que faziam a média de muitos comprimentos de onda juntos. Isso reduziu sua capacidade de detectar estruturas verticais importantes. Os balões meteorológicos tradicionais produzem apenas alguns milhares de sondagens (perfis atmosféricos verticais) de temperatura e vapor de água por dia, quase inteiramente sobre a terra. O AIRS observa 100 vezes mais comprimentos de onda do que os instrumentos anteriores e produz cerca de 3 milhões de sondagens por dia, cobrindo 85 por cento do globo.

AIRS observa 2, 378 comprimentos de onda de radiação de calor no ar abaixo do satélite. "Ter mais comprimentos de onda nos permite obter uma estrutura vertical mais precisa, e isso nos dá uma imagem muito mais nítida da atmosfera, "explicou Eric Fetzer, cientista do projeto AIRS, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. O clima ocorre na troposfera, 7 a 12 milhas de altura (11 a 19 quilômetros). A maior parte da radiação infravermelha observada por AIRS também se origina na troposfera.

AIRS foi amplamente reconhecido como um grande avanço muito rapidamente. Apenas três anos após seu lançamento, O ex-administrador da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), Conrad Lautenbacher, disse que o AIRS forneceu "o aumento mais significativo na melhoria das previsões [em nossa época] de qualquer instrumento individual".

No início

O AIRS foi ideia do cientista da NASA, Moustafa Chahine. Na década de 1960, Chahine e seus colegas conceberam pela primeira vez a ideia de melhorar a previsão do tempo usando um instrumento hiperespectral - um que quebra a radiação infravermelha e visível em centenas ou milhares de bandas de comprimento de onda. Ele voou alguns protótipos experimentais já na década de 1970, mas o AIRS não se concretizou até que os avanços na miniaturização tornaram possível construir um instrumento com a capacidade necessária que não fosse muito pesado e volumoso para ser lançado. Chahine, que morreu em 2011, tornou-se o primeiro líder da equipe científica AIRS.

O instrumento foi construído pela BAE Systems, agora localizado em Nashua, Nova Hampshire, sob a direção do JPL. É um dos seis instrumentos voando no satélite Aqua na constelação de satélites A-Train. Com uma vida missionária planejada de cinco anos, ele ainda está forte em 15 e deve durar até que Aqua fique sem combustível em 2022.

O valor do AIRS para a previsão do tempo foi quantificado em vários experimentos por centros de previsão em todo o mundo. Em particular, o Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo (ECMWF) investigou em detalhes o impacto nas previsões de diferentes sistemas de observação. "Estudos ECMWF mostraram que, em muitas circunstâncias, AIRS é responsável por reduzir erros de previsão em mais de 10 por cento. Esta é a maior previsão de melhoria de qualquer instrumento de satélite único dos anos 2000, "disse João Teixeira do JPL, o líder da equipe científica AIRS.

Vendo mais do que o clima

Os cientistas sempre souberam que as medições do AIRS continham informações além do que os meteorologistas precisam para a previsão do tempo. Os comprimentos de onda espectrais que ele vê incluem partes do espectro eletromagnético que são importantes para estudar o clima. O dióxido de carbono e outros gases-traço atmosféricos deixam suas assinaturas nas medições. Chahine comentou mais tarde, "A informação está toda no espectro. Só tínhamos que descobrir como extraí-la."

De meados ao final dos anos 2000, a equipe do projeto AIRS se voltou para esse desafio. Em 2008, sob a liderança de Chahine, eles publicaram os primeiros mapas globais de satélite de dióxido de carbono na troposfera média. Essas medições mostraram pela primeira vez que o gás de efeito estufa mais importante produzido pelo homem não foi misturado uniformemente em toda a atmosfera global, como os pesquisadores pensaram, mas variou em até 1 por cento (2 a 4 moléculas de dióxido de carbono em cada milhão de moléculas da atmosfera).

Desde então, mais e mais informações foram extraídas dos espectros AIRS. A equipe agora também produz conjuntos de dados para o metano, monóxido de carbono, ozônio, dióxido de enxofre e poeira, uma influência importante sobre a quantidade de radiação do sol que chega à Terra e a quantidade que escapa da Terra para o espaço. Os pesquisadores usaram esses novos conjuntos de dados, e também a temperatura AIRS original, conjuntos de dados de nuvem e água, para muitas descobertas. Para citar algumas descobertas recentes:

• Um estudo de 2015 mostrou que as medições de umidade relativa do AIRS perto da superfície da Terra são promissoras na detecção do início da seca quase dois meses antes de outros indicadores.
• Em 2013, os pesquisadores usaram o registro de dados do AIRS para encontrar 18 pontos quentes globais para ondas de gravidade atmosférica - ondulações para cima e para baixo que podem se formar na atmosfera acima de algo que perturba o fluxo de ar, como uma corrente ascendente de tempestade ou uma cordilheira. Este novo registro de onde e quando os distúrbios criam regularmente ondas de gravidade é valioso para melhorar as previsões meteorológicas e climáticas.
• O aquecimento global aumenta a quantidade de vapor d'água na atmosfera, o que, por sua vez, aquece ainda mais a atmosfera. Esse tipo de processo de autoalimentação é chamado de ciclo de feedback positivo. Os cientistas do clima há muito teorizavam que esse feedback poderia dobrar o aquecimento devido ao aumento do dióxido de carbono. Os dados de temperatura e umidade do AIRS permitiram confirmar esta hipótese pela primeira vez.

Legado de AIRS

Devido ao seu sucesso retumbante, AIRS não é mais único. "A missão demonstrou uma abordagem de medição que será usada por agências operacionais em um futuro próximo, "disse o gerente de projetos da AIRS, Tom Pagano, do JPL. existem três outras sondas hiperespectrais em órbita:a Sonda Infravermelha Cruzada (CrIS) na NASA / NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi-NPP), e dois instrumentos de interferômetro de sondagem atmosférica infravermelha (IASI) nos satélites Metop-A e -B da EUMETSAT. Sondas adicionais estão planejadas para lançamento na década de 2030.

Juntos, esses instrumentos hiperespectrais criarão um registro de medições altamente precisas de nossa atmosfera que durará muitas décadas. Isso adicionará mais um benefício ao legado da AIRS:o potencial para melhorar a compreensão do clima de hoje e do futuro.