CARIBIC (Civil Aircraft for the Regular
Investigation of the atmosphere
Based on an Instrument Container)
 
– использование гражданской авиации для регулярных исследований атмосферы на базе инструментального контейнера) – это мощная система для получения детальных данных по составу атмосферы. Измеряются все парниковые газы, многие химически-активные газы, различные аэрозольные частицы и т.д.. В проекте принимают участие одиннадцать всемирно-известных научных институтов из шести европейских стран.
LUFTHANSA предоставила один из новых лайнеров большой дальности – AIRBUS A340-600. Используя этот лайнер можно получать данные из крайне удаленных мест, например из района между Сао Пауло и Сантьяго. Ежемесячные полеты из Франкфурта позволят регулярно обследовать удаленные регионы, представляющие большой интерес для изучения атмосферы.
Измеряем на лету!!!
Пробоотборники для воздуха и аэрозольных частиц являются частью сложной, высокотехнологичной системы, дизайн и конструкция которой строго соответствуют научным и авиационным требованиям. Система аэродинамически устойчива, стабильна в работе и не приводит к артефактам при отборе проб воздуха с незначительным содержанием газовых примесей и аэрозолей. Верхняя (неокрашенная) часть системы располагается внутри самолета.
Установка на самолет: По трубкам, расположенным внутри корпуса самолета, отобранный воздух направляется к измерительным приборам. Монтаж системы CARIBIC занял 12 дней и завершился тестированием системы во время пробного полета. Работы проводились одновременно с дооборудованием лайнера интернетом (LH FlyNet) и беспроводной LAN-сетью. Инсталляция CARIBIC не вызвала дополнительного простоя лайнера!
Отбор аэрозольных частиц воздуха при скорости самолета порядка 250 м/с – отнюдь непростая техническая задача. Пробоотборная система состоит из 3 отдельных, аэродинамически обтекаемых зондов, имеющих в общей сложности 4 входных отверстия. Вмонтированные дополнительно 3 миниатюрных оптических телескопа позволяют анализировать атмосферу, измеряя спектр рассеянного солнечного света. Для наблюдения за облаками используется видеокамера. После исследования, использованный воздух выводится наружу через отдельное отверстие.
Все научно-аналитическое оборудование установлено в одном грузовом контейнере (ширина – 3,2 м, масса – 1500 кг). Во время полета пятнадцать измерительных приборов, контролируемые центральным компьютером, непрерывно анализируют состав воздуха и аэрозольные частицы. Кроме того, отбираются 28 проб воздуха для детального лабораторного исследования. Потребовались годы научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок, чтобы оборудовать такой контейнер. Теперь он – “обыкновенное чудо”, которое пару раз в месяц поднимается в воздух.
Почему CARIBIC?
Изменения в составе земной атмосферы приводят к изменению климата. Атмосферу можно рассматривать как огромный и сложный химический реактор. Миллиарды тонн загрязняющих газов (в том числе и природные газы поступающие с поверхности океана), а также различные частицы (пыль и т.д.) ежегодно выбрасываются в атмосферу. В воздухе газы перемещаются, перемешиваются и претерпевают сотни химических превращений. Часто образуются новые аэрозольные частицы, которые вызывают формирование облаков и, кроме того, непосредственно влияют на радиационный баланс Земли. К счастью, под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца, атмосфера способна самоочищаться, и сложное динамическое равновесие между загрязнением и самоочищением все-таки существует. Очевидно, что ученым, пытающимся понять и объяснить суть происходящего, необходимо наблюдать за атмосферными процессами. Необходимы детальные данные суточных, сезонных и многолетних наблюдений со всего земного шара. Поистине CARIBIC – уникальная система, использующая пассажирский самолет для сбора таких данных. Витавшая в воздухе идея теперь реализована на практике!
Руководители групп-участников CARIBIC:
Prof. Dr. Dr. hc. mult. Paul Crutzen, MPI Mainz – научный консультант;
Prof. Dr. Jos Lelieveld, MPI Mainz - Исследования способности атмосферы к самоочищению;
Prof. Dr. Andreas Macke и Dr. Markus Hermann, TROPOS Leipzig – Исследования аэрозолей;
Prof. Dr. Johannes Orphal and Dr. Andreas Zahn, IMK FZ Karlsruhe – Исследования распределения паров вод и озона, короткоживущие химически-активные газы;
Prof. Dr. Markus Rapp and Dr. Hans Schlager, Dr. Helmut Ziereis, DLR Oberpfaffenhofen – Баланс оксидов азота и эмиссии воздушного транспорта;
Prof. Dr. Ulrich Platt, Dr. Lara Penth, University of Heidelberg – Оптические измерения;
Dr. David Oram, University of East Anglia, Norwich – Исследования галоген-углеводородов;
Prof. Dr. Bengt Martinsson, University of Lund – Исследования состава аэрозолей;
Prof. Dr. Markus Leuenberger, University of Bern –Анализ концентрации кислорода с высокой точностью;
Dr. Ralf Ebinghaus, GKSS Geesthacht – Исследования круговорота ртути в атмосфере;
Dr. Philippe Ciais, LSCE-CEA, Paris – Исследования круговорота углерода в атмосфере;
Dr. Peter van Velthoven, KNMI, the Netherlands –Метеорологические расчеты;
Dr. Jonathan Williams, MPI Mainz – Исследования химии углеводородов, координатор проект
В результате тесного сотрудничества инженеров фирмы LUFTHANSA с учеными была создана новая платформа для масштабных и долгосрочных работ по детальному исследованию земной атмосферы. Благодаря прекрасной кооперации CARIBIC может держать руку на пульсе столь изменчивой земной атмосферы!
Презентация CARIBIC состоялись в декабре 2004 года, когда г-н Триттин, министр охраны окружающей среды Германии, использовал лайнер A340-600 для полета на климатическую конференцию в Буэнос Айресе. Изменения климата бросают вызов человечеству. Понимание нашей атмосферы, ее химии, ее физики, ее состава - сложная научная и технологическая задача.
Ниже приводится интересная иллюстрация показывающая “происхождение воздушных масс”, пересекаемых лайнером во время полета из Франкфурта в Буэнос-Айрес. (Представлены расчетные траектории движения воздушных масс в течение 5 дней до момента пробоотбора). Покидая Европу, самолет CARIBIC встречается с воздушными массами, которые сформировались над Тихим Океаном и были “в пути” 5 дней. Над Испанией, в области низкого давления, происходит комплексное перемешивание. Хотя на высоте 11 км воздух, в общем, чище, чем непосредственно над поверхностью земли, часто он все-таки загрязнен эмиссией с континентов. Причиной является сильная конвекция: приповерхностный воздух, вобравший в себя всю “грязь”, очень быстро поднимается до высоты полета лайнеров (~ 11 км). В тропиках движение воздуха более спокойное. Воздушные массы за 5 дней перемещаются здесь на гораздо меньшие расстояния, и самолет лишь иногда встречает воздух, поднявшийся с поверхности океана (показано зеленым). Воздух постепенно очищается под действием мощных природных процессов, которые мы и стремимся детально изучить. Однако, большие лесные пожары, например, постоянно загрязняют атмосферу в глобальном масштабе. Подлетая к Буэнос-Айресу, мы видим ослабленное струйное течение с запада (был декабрь, т.е. лето в это Буэнос-Айресе). Темно-красным показаны стратосферные воздушные массы. За время подобных полетов команда CARIBIC получает огромный массив данных по составу воздуха. Дальнейшая информация на сайте www.caribic-atmospheric.com
Translation: Dr. Sergey Assonov, MPI Mainz