日本Himawari气象卫星虽设计用于地球观测,却意外积累了长达十年的金星红外影像数据。通过整合437幅连续拍摄的红外图像,科学家成功捕捉到金星云顶温度场的周期性变化:1)日热潮汐现象表现为云顶温度日变化幅度达5-8K,与金星超自转大气(60倍于行星自转速度)形成复杂耦合;2)发现行星波在云顶高度(约65km)呈现波长300-500km的带状结构,传播速度达35m/s,与硫酸云层动力学特征直接相关。该研究还揭示了不同航天器间的辐射定标差异:Himawari-8/AHI红外波段(10.4μm通道)经星载黑体
气候变化数据分析
2021年全球二氧化碳排放量达到36.3吉吨,其中能源生产占排放总量的73%。当前大气二氧化碳浓度为417ppm,较工业化前水平上升50%。
- 预计海平面上升:到2100年达0.3-2.5米
- 北极海冰面积正以每十年13.1%的速度减少
- 海洋pH值自1750年已从8.21降至8.10
测量技术
数据收集来源:
- EDGAR数据库 (10.5281/zenodo.7214F)
- 莫纳罗亚天文台传感器
- GRACE-FO卫星重力测量系统
| 部门 | 占总比例 | 吉吨二氧化碳当量 |
|---|---|---|
| 能源生产 | 73% | 26.5 |
| 农业 | 12% | 4.4 |
分别于2014年和2016年发射的向日葵8号与9号气象卫星,通过搭载多光谱先进葵花成像仪(AHI)实现全球大气现象监测。由客座研究员西山岳领导的东京大学研究团队发现可利用该尖端传感器数据对金星开展天基观测——AHI设备在捕捉地球边缘影像时会偶然记录到金星。
西山指出:"连续监测金星云顶温度变化对理解其大气动力学及热潮汐、行星尺度波等现象至关重要。金星大气层已知存在反射率和风速的年际变化,但受限于航天器寿命,目前尚未有任何行星探测任务实现超过10年的持续观测。地基观测虽可进行长期监测,但通常受地球大气层和日光干扰限制。"
气象卫星的长寿命设计(向日葵系列计划运行至2029年)恰好能弥补此缺口。AHI的多波段红外覆盖能力(当前行星探测器尚未具备)、低噪声与高频观测特性,为获取不同海拔温度信息提供了关键支持。研究团队通过对比分析金星大气时变特征与历史数据集,验证了该技术对金星科学研究的贡献潜力。西山强调:"该方法将为2030年前金星科学研究提供珍贵数据,因为在此期间可能不会有其他航天器环绕金星运行。"
团队首先从AHI数据集提取全部金星影像建立档案库,共识别437次有效记录。根据地静卫星-金星-地球的共线关系,结合背景噪声修正和金星视尺寸分析,成功追踪云顶温度随时间变化的规律。
研究对亮温的年际/昼夜尺度变化进行全红外波段分析,发现热潮汐幅度存在年代际波动,行星波振幅随高度增加呈衰减趋势。尽管受AHI时间分辨率限制暂未能明确其物理机制,但热潮汐幅度变化可能与金星大气结构的十年尺度变异存在关联。
除成功应用气象卫星数据外,团队还通过该技术发现了历史行星探测任务的校准偏差。
西山展望该研究的扩展应用:"本研究开创了太阳系天体多波段长期监测新范式,目前我正在研究的月球与水星同样适用。其红外光谱蕴含丰富的表面物理特性与成分演化信息,突破地基观测几何约束将为我们评估大气动力学、物质特性及行星演化进程提供全新视角。"
资助声明:本研究获日本学术振兴会科研基金(编号JP22K21344、23H00150、23H01249)及海外研究奖学金支持。