التركيز الإعلامي للرؤية العالمية
ظهرت الشركة على شاشة التلفزيون المركزي 15 مرة، ووصلت تغطيتها عبر وسائل الإعلام الحزبية والإعلام المركزي ووسائل الإعلام الرسمية المحلية إلى ما مجموعه 50 مليون شخص.
تم إنشاء نموذج محاكاة لمقياس التداخل الطيفي للميثان يعتمد على GHGSat-D.
خلفية
يُعدّ غاز الميثان (CH₄) ثاني أكبر غازات الدفيئة في العالم، ويبلغ عمره في الغلاف الجوي حوالي 10 سنوات فقط. ويمكن لخفض الانبعاثات بشكل مُوجّه أن يُخفف بسرعة من ظاهرة الاحتباس الحراري على المدى القصير، علماً بأن 60% إلى 90% من غاز الميثان ناتج عن الأنشطة البشرية.انبعاثات المصادر النقطيةيُعدّ تحديد مصادر الانبعاثات النقطية ومراقبتها بدقة عالية أمرًا بالغ الأهمية للحدّ من انبعاثات غاز الميثان، وذلك بالتركيز على عدد قليل من مصادر الانبعاثات الكبيرة. تستخدم هذه الورقة البحثية القمر الصناعي GHGSat-D، وهو أول قمر صناعي صغير في العالم مُخصّص لكشف مصادر انبعاثات الميثان النقطية، والذي أُطلق عام 2016، كمرجع، وتركز على تجويفه الأساسي ذي الزاوية الواسعة الثابتة.فابري-بيروبالنسبة لحمولة مطياف التصوير، تم بناء نموذج محاكاة عددية يغطي وصلة الإشارة الكاملة للإشعاع الشمسي، والنقل الجوي، ومخرجات الكاشف.
مقياس التداخل فابري-بيرومبدأ
يتكون مقياس فابري-بيرو من لوحين بصريين يفصل بينهما مسافة d، ومعامل انعكاس سطحهما الداخلي R. يتم تحديد نفاذية الضوء عند زاوية السقوط θ والطول الموجي λ بواسطة...وظيفة هوائيةيصف:
حيث n هو معامل انكسار الوسط بين التجويفين، وF هو معامل الدقة المرتبط بالانعكاسية. يستخدم جهاز GHGSat-D تصميمًا ثابت الطول للتجويف، معتمدًا على تغيرات زاوية السقوط لتحقيق الضبط الطيفي. بالنسبة للتداخل من الرتبة m، فإن الطول الموجي المقابل لذروة النقل يحقق شرط الحد الأقصى للتداخل.
نموذج المحاكاة من البداية إلى النهاية
يغطي نموذج المحاكاة العددية المُنشأ في هذه الورقة البحثية تدفق الإشارة الكامل لرصد الأقمار الصناعية، حيث يُعيد إنتاج عملية نقل البيانات عبر الرابط بأكمله بدءًا من الإشعاع الشمسي الساقط وحتى مخرجات الكاشف. ويتكون النموذج الإجمالي من...انتقال الإشعاع الجوييتكون النظام من ثلاث وحدات رئيسية متصلة على التوالي: النظام البصري للتداخل، واستجابة الكاشف، وما إلى ذلك. يوضح الشكل 1 بنية النظام.
الشكل 1.مخطط بنية الوصلة الكاملة لنموذج المحاكاة
وحدة نقل الإشعاع الجوي
تحسب هذه الوحدة بشكل أساسي الإشعاع الطيفي العلوي للغلاف الجوي الذي يصل إلى بؤبؤ دخول القمر الصناعي بعد امتصاصه وتوهينه في الغلاف الجوي. يفترض النموذج أن سطح الأرض عاكس لامبرتي، ويحسب مرجع الإشعاع لانعكاس السطح من خلال الجمع بين زاوية سمت الشمس (θsza) والمسافة بين الأرض والشمس (RE-S) والانعكاس الطيفي للسطح (a). في سيناريوهات رصد الميثان بالأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة النموذجية، يتجاهل النموذج تأثيرات التشتت الجوي والانبعاث الحراري السطحي لتبسيط الحساب؛ صيغة الحساب هي كما يلي:
تم الحصول على معاملات الامتصاص الجوي من قاعدة بيانات HITRAN الطيفية، وتم دمجها طبقة تلو الأخرى باستخدام نموذج جوي طبقي. وتم الحصول على بيانات درجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي باستخدام نموذج جوي قياسي، مما أدى في النهاية إلى الحصول على أعلى إشعاع طيفي جوي للنطاق المستهدف.
الأنظمة البصرية وتوليد الإشارات
تحاكي هذه الوحدة انتشار الضوء وتعديله عبر نظام بصري، حيث ترسم خريطة الإشعاع العلوي للغلاف الجوي على مستوى صورة الكاشف. يتكون النظام البصري بأكمله من مجموعة عدسات مقربة وعدسة تصوير، كما هو موضح في الشكل 2. وبالمثل، على مستوى الكاشف، تحقق إحداثيات البكسل (i,j) والزاوية القطبية وزاوية السمت لزاوية السقوط علاقة الربط التالية:
حيث (i₀, j₀) هي البكسل المركزي للمحور البصري، وψ هي الزاوية القطبية لزاوية السقوط، وφ هي زاوية السمت. في إطار واحد من صورة ثنائية الأبعاد، تُظهر الإشارة تغيرًا منتظمًا مع نصف قطر الانحراف عن المحور: يتوافق مركز الصورة مع أطول طول موجي للإرسال، وتنزاح ذروة الإرسال باستمرار نحو أطوال موجية أقصر مع ازدياد نصف القطر؛ عند حواف الصورة، تنزاح ذروة الإرسال ذات أقصر طول موجي خارج نطاق تمرير النطاق، مما يؤدي إلى تداخل طيفي بين رتب التداخل المتجاورة.
الشكل 2.مخطط تخطيطي للنظام البصري GHGSat-D
(مصدر الصورة: مطياف التصوير GHGSat-D.)
(أ) OSF، (ب) مقياس التداخل فابري-بيرو و (ج) الكاشف.
ميزات مخطط التداخل الناتج عن المحاكاة
يمكن لهذه الوحدة إخراج نمط التداخل ثنائي الأبعاد لمستوى الكاشف بشكل مباشر، أي شكل الإشارة الأصلي لملاحظة إطار واحد.
هندسيًا، يتوزع نمط التداخل في حلقات متحدة المركز تتمركز حول المحور البصري: أشعة الضوء التي لها نفس نصف القطر تسقط بنفس الزاوية وتتوافق مع نفس طول موجة ذروة النقل. من حيث توزيع الشدة، تتشكل حلقات التداخل بفعل تأثير تداخل فابري-بيرو، الذي يتميز بذروات نقل ضيقة وتباين عالٍ. في الوقت نفسه، وبسبب تعديل امتصاص غاز الميثان في الغلاف الجوي، يُظهر سطوع الحلقات عند المواضع التي تتوافق مع خطوط الامتصاص القوية انخفاضًا ملحوظًا؛ وتُعد تقلبات سطوع الحلقات في جوهرها إسقاطًا لطيف الامتصاص الجوي في البعد المكاني.
لخص
باختصار، تستخدم هذه الورقة البحثية حمولة القمر الصناعي GHGSat-D كنموذج لبناء إطار محاكاة كامل للوصلة لمطياف تصوير الميثان بتقنية فابري-بيرو. يوفر إطار المحاكاة هذا دعمًا رقميًا موثوقًا به لتحسين مؤشرات الحمولة الطيفية من نوع فابري-بيرو وتطوير خوارزميات إزالة التضمين من التداخل.
مراجع
[1] جيرفيس د، وآخرون. مطياف التصوير GHGSat-D. *تقنيات قياس الغلاف الجوي*، 2021.
[2] سلون جيه جيه، وآخرون. الكشف عن الغازات النزرة في الغلاف الجوي بواسطة الأقمار الصناعية باستخدام مقياس التداخل فابري-بيرو. براءة اختراع أمريكية رقم 9,228,897، 2016.
[3] رودجرز سي دي. *الأساليب العكسية لرصد الغلاف الجوي*. وورلد ساينتيفيك، 2000.
[4] فارون دي جيه، وآخرون. تحديد مصادر الميثان النقطية من خلال عمليات الرصد الدقيقة عبر الأقمار الصناعية. *تقنيات قياس الغلاف الجوي*، 2018.
[5] جاكوب دي جيه، وآخرون. ملاحظات الأقمار الصناعية للميثان الجوي. *الكيمياء والفيزياء الجوية*، 2016.