Aardobservatie satellieten hebben een grote verscheidenheid aan instrumenten die gebruik maken van zowel passieve als actieve detectietechnieken. Deze sensoren detecteren straling in verschillende delen van het elektromagnetische spectrum, afhankelijk van het type sensor.
Het ESA Climate Change Initiative is uniek in het samenvoegen van gegevens van verschillende sensoren, op missies die door verschillende ruimtevaartorganisaties worden gevlogen, om series van klimaatgegevens te genereren over de langst mogelijke tijdspanne. Hieronder staan enkele van de belangrijkste ESA-missies die worden gebruikt om gegevens over Essentiële Klimaat Variabelen voor de lange termijn te verzamelen.
ERS | ENVISAT | CryoSat | SMOS | Sentinel-1 | Sentinel-2 | Sentinel-3 | Sentinel-5P | Toekomstige missies voor het klimaat
ERS-missie
Gedurende bijna 2 decennia heeft de Europese Remote Sensing satelliet (ERS) missie een schat aan waardevolle informatie opgeleverd voor het volgen van veranderingen in het zeeniveau, de toestand van de zee, de temperatuur van het zeeoppervlak, de dikte van het zee-ijs, de hoogte en omvang van de ijskappen, de temperatuur van het landoppervlak, de bodemvochtigheid, de wolken, de aerosolen en nog veel meer.
De ERS-1 missie functioneerde in de periode 1991-1999 en was de eerste ESA zon-synchrone baan over de polen. Het droeg een nieuw ontwikkeld instrument met de naam Synthetic Aperture Radar (SAR): een beeldvorming radar die in staat is om hoogwaardige beelden te produceren, ongeacht de bewolking en ongeacht of het dag of nacht is. Het droeg ook een radar hoogtemeter voor het meten van de oppervlakte hoogte, inclusief golfhoogte en windsnelheid, en een infrarood-beeldsensor die ook wel een radiometer wordt genoemd. ERS-2 functioneerde in de periode 1995-2011 de zelfde uitgebreide set van instrumenten , plus een extra sensor voor het meten van de ozon niveaus in de atmosfeer.
ENVISAT
De ENVISAT (ENVIronmental SATellite) van ESA was de opvolger van ERS om de continuïteit van de metingen te garanderen, met daarbij geavanceerde instrumenten voor de monitoring van atmosferische samenstelling en de oceaan biologie. In de periode 2002-2012 beschikte het over tien instrumenten, waaronder de SCIAMACHY-spectrometer voor het opsporen van spoorgassen in de atmosfeer en van wolken en aerosolen. Deze gegevens dragen bij tot de monitoring op lange termijn van ozon, koolstofdioxide, methaan en waterdamp. De gegevens van de GOMOS-occultatie-spectrometer dragen bij aan de lange termijn registratie van aerosolen, ozon en waterdamp. ENVISAT's MERIS-sensor, een multispectrale radiometer, draagt bij aan CCI-datareeks voor aerosolen, wolken, bodembedekking, kleur van de oceaan en tenslotte waterdamp.
CryoSat
CryoSat is een ESA Earth Explorer missie voor waarnemingen van de met ijs bedekte delen van onze planeet. De CryoSat is gelanceerd in 2010 en levert nog steeds gegevens. Het draagt het SIRAL-instrument - een geavanceerde radar hoogtemeter die ontworpen is om de hoogte van de ijskappen en het zee-ijs te meten. Naast de dikte van het ijs worden de SIRAL-gegevens gebruikt voor langetermijn registratie van het zeeniveau en de golfhoogte.
SMOS
De Soil Moisture and Ocean Salinity missie is een ESA Earth Explorer missie die in 2009 van start ging. Het heeft een microgolf beeldvorming radiometer (L-band), MIRAS genaamd, die gebruikt wordt in EKV gegevensreeksen voor bodemvochtigheid en zoutgehalte in de oceanen.
Sentinel-1
Sentinel-1 is de eerste van de Sentinel-familie van satellieten die in 2014 is gelanceerd in het kader van het Copernicus-programma van de Europese Unie. Copernicus wordt gecoördineerd door de Europese Commissie in partnerschap met het ESA, de EU-lidstaten en andere EU-agentschappen. Het is een radar-missie die gericht is op land- en oceaan observatie. Sentinel-1 draagt een C-band Synthetic Aperture Radar die onder alle weersomstandigheden, dag en nacht, beeldvorming met een hoge resolutie tot 5 meter mogelijk maakt. De gegevens zijn nuttig voor het volgen van de bosbedekking en worden gebruikt voor het maken van CCI's globale kaarten van bovengrondse biomassa, die de hoeveelheid opgeslagen koolstof in de vegetatie kwantificeert. Met behulp van een techniek die InSAR wordt genoemd, kunnen beelden van Sentinel-1 ook worden gebruikt om veranderingen in de oppervlakte topologie te ontcijferen om de beweging van het oppervlak te bepalen en om kaarten te genereren van de ijskap en de locaties van de aardingslijnen van de gletsjers te bepalen.
Sentinel-2
De Copernicus Sentinel-2 missie maakt systematisch beelden met een hoge ruimtelijke resolutie - tot 10m resolutie - over land en kustwateren, op meerdere golflengtes. De beelden zijn verzameld sinds 2015 en worden gebruikt om Essentiële Klimaat Variabelen van de snelheid van het ijs van de gletsjers, door vuur verbrande gebieden en kaarten van de landbedekking te construeren.
Sentinel-3
Sentinel-3 is een Copernicus missie (gelanceerd in 2016) die meerdere sensoren omvat die de eigenschappen van de oceanen moet observeren. Deze missie levert informatie die consistent is met de eerdere ENVISAT en CryoSat missies. De metingen worden gebruikt in EKV's van de kleur van de oceanen, land bedekking en waterdamp in de atmosfeer (met de OLCI beeldvormende spectrometer), de oppervlakte temperatuur van land en zee (SLSTR radiometer) and hoogte van het zee oppervlak (SRAL radar altimeter).
Sentinel-5P
Sentinel-5P - bekend als Sentinel-5 Precursor - is de voorloper van de Sentinel-5 Copernicus missie en is gewijd aan luchtkwaliteit en klimaat. Hij werd gelanceerd in 2017 en draagt de TROPOMI-sensor, de meest geavanceerde multispectrale beeldvormende spectrometer tot nu toe. Het observeert zonlicht dat door het aardoppervlak en de atmosfeer terug naar de ruimte wordt verstrooid en detecteert de unieke vingerafdrukken van gassen in verschillende delen van het visuele spectrum. Een breed scala aan vervuilende stoffen zoals stikstofdioxide, ozon, formaldehyde, zwaveldioxide, methaan en koolstofmonoxide kan nauwkeuriger dan ooit tevoren in beeld worden gebracht. De gegevens van Sentinel-5P worden gebruikt om de CCI-klimaatgegevens van de wereldwijde methaan concentraties op te stellen.
Toekomstige missies voor het klimaat
Om aan de toekomstige behoeften aan gegevens te voldoen, bouwt ESA nieuwe Earth Explorer-satellieten en een nieuwe serie Sentinel-satellieten in het kader van het Copernicus-programma van de Europese Unie.
Komende Earth Explorer missies:
- EarthCARE: Atmosferische Lidar (ATLID) voor aërosolen en dunne wolken; en een Cloud Profiling Radar (CPR) die informatie geeft over dikkere wolken en om verticale snelheden van wolk deeltjes te observeren.
- Biomass: Een P-band SAR om de hoeveelheid biomassa en koolstof te bepalen die in bossen is opgeslagen.
- FLEX: Een beeldvormende spectrometer in het rood-nabije infrarood om fluorescentie van planten te onderzoeken.
- FORUM: Een missie om de verre infraroodstraling aan de top van de atmosfeer te monitoren om direct de sterkte van het broeikaseffect te bepalen, cruciaal voor de klimaatmodellering.
Komende Copernicus Sentinel missies:
- Sentinel-6/JASON-CS missie: ESA ontwikkelt de volgende generatie Poseidon-hoogtemeter voor topografische metingen van oceanen, kusten en binnenwateren.
Copernicus hoge prioriteit kandidaatsmissies:
- CO2M: een beeldvorming spectrometer met een relatief hoge ruimtelijke-resolutie om individuele bronnen van CO2 op te sporen en onderscheid te maken tussen antropogene en natuurlijke bronnen van het gas.
- CHIME: Een hyperspectrale imager om gedetailleerde informatie over de gezondheid van planten, kustkartering en landbedekking in kaart te brengen.
- LSTM: Een thermische infraroodstraler om de temperatuur van het landoppervlak en de evapotranspiratie snelheden tot in het kleinste detail te meten.
- CRISTAL: Een hoogtemeter om de hoogte van de ijsvelden op aarde te meten - het zal de dikte van het zee-ijs en de sneeuwhoogte in kaart brengen, evenals de hoogte van het ijs op het land.
- ROSE-L: Een L-band radar om ijs te observeren, maar ook vele andere doelen, waaronder het observeren van bossen, verschillende soorten gewassen en bodems.
- CIMR: Een microgolf radiometer om de temperatuur van het zeeoppervlak, het zoutgehalte en de concentratie van zee-ijs te meten.