ATLID Lidar już w pełni operacyjny

Czwarte urządzenie nowego satelity klimatycznego działa. Rozpoczęła się duża europejska kampania pomiarów atmosfery atmo4ACTRIS.

Satelita EarthCARE, wystrzelony w maju, ma już gotowy do działania ostatni instrument – ​​atmosferę lidar ATLID. To narzędzie jest efektem współpracy pomiędzy Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Japońska Agencja Kosmiczna (JAXA) i został zaprojektowany do precyzyjnego pomiaru chmur, aerozoli i promieniowania.

Naukowcy z Instytutu Badań Troposferycznych Leibniza (TROPOS) wnoszą istotny wkład, opracowując algorytmy, które obliczają stratyfikację aerozoli i chmur na podstawie pomiarów wykonanych przez instrument. Zakrojona na szeroką skalę kampania pomiarowa obejmująca około 50 stacji naziemnych europejskiej sieci ACTRIS, koordynowana przez TROPOS w Lipsku, również przyczynia się do zwiększenia precyzji nowego satelity klimatycznego.

Lidar atmosferyczny uzupełnia nowego satelitę klimatycznego

Wyposażony w cztery najnowocześniejsze instrumenty – radar do profilowania chmur, lidar atmosferyczny, radiometr szerokopasmowy i kamerę wielospektralną – EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) przeprowadzi jednocześnie szereg różnych pomiarów. Łącznie pomiary te pomogą lepiej zrozumieć, w jaki sposób chmury i aerozole odbijają napływającą energię słoneczną z powrotem w przestrzeń kosmiczną oraz w jaki sposób zatrzymują promieniowanie cieplne emitowane przez Ziemię. Informacje te są ważne dla zrozumienia, w jaki sposób zmiany klimatyczne wpływają na bilans energetyczny Ziemi oraz dla przewidywania, jak szybko chmury i aerozole mogą w przyszłości utracić swoje obecne działanie chłodzące.

EarthCARE został wyniesiony na orbitę okołoziemską 29 maja 2024 r. Zaledwie miesiąc później satelita dostarczył pierwsze zdjęcia ze swojego radar profilowania chmura wkrótce potem pojawiły się pierwsze zdjęcia z niego radiometr szerokopasmowy, kamera wielospektralnai wreszcie lidar atmosferyczny w sierpniu. Ten najnowocześniejszy instrument rejestruje szczegółowe profile pionowe aerozoli i chmur w atmosferze w różnych regionach Ziemi. Aerozole to drobne cząsteczki i kropelki pochodzące ze źródeł naturalnych, takich jak kurz i sól morska, oraz z działalności człowieka, takiej jak emisje przemysłowe lub spalanie drewna.

Laser emituje krótkie impulsy światła ultrafioletowego, które są odbijane przez cele atmosferyczne i analizowane w bardzo czułym odbiorniku. Odległość można określić na podstawie czasu przejścia, stężenie na podstawie siły sygnału, a rodzaj aerozolu na podstawie polaryzacji. Umożliwia to pomiar rozmieszczenia i właściwości aerozoli i chmur, w tym ich wysokości, grubości, właściwości optycznych i fizycznych. Synergia z pozostałymi trzema instrumentami na satelicie ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia roli aerozoli i chmur w bilansie energetycznym Ziemi. Nowy model klasyfikacji aerozoli („Hybrid End-to-End Aerosol Classification”, w skrócie HETEAC) został specjalnie opracowany jako podstawa do typowania aerozoli, aby zapewnić, że obliczenia te sprawdzą się w przypadku różnych przyrządów.

W szczególności lidar atmosferyczny ATLID również wniesie istotny wkład w poprawę prognoz jakości powietrza. Ulla Wandinger, od wielu lat zaangażowana w rozwój ATLID-a, jest zachwycona pierwszymi pomiarami: „Bogactwo danych i szczegółowy wgląd w struktury atmosfery są absolutnie imponujące”. Projekt EarthCARE może znacznie pogłębić wiedzę na temat aerozoli, chmur i ich interakcji, a także prowadzić badania nad klimatem.

Pierwsze zdjęcia z sierpnia pokazują różnorodność aerozoli i chmur w ziemskiej atmosferze: na przykład profil polarnych chmur stratosferycznych (PSC) nad Antarktydą, które odgrywają ważną rolę w tworzeniu dziur ozonowych, czy burza tropikalna Debby nad Antarktydą Zatoka Meksykańska i kłęby dymu z pożarów lasów w Kanadzie. Simonetta Cheli, dyrektor programów obserwacji Ziemi w ESA, powiedziała: „Podążając za pierwszymi zdjęciami z pozostałych trzech instrumentów EarthCARE, możemy teraz zobaczyć, jak dobrze działa lidar atmosferyczny. Te profile z lidara atmosferycznego są dokładnie takie, jak przewidywaliśmy, po tym jak przyrząd przeszedł rutynowe procesy odkażania i kalibracji. Lidar atmosferyczny zapewnia nam zupełnie nowy wgląd w pionowe rozmieszczenie chmur i aerozoli i wraz z innymi instrumentami wyznacza nam drogę do zdobycia nowego naukowego zrozumienia bilansu energetycznego Ziemi”.

Szeroko zakrojone kampanie pomiarowe na Atlantyku i w Europie

Aby mieć pewność, że dane z nowych instrumentów będą mogły zostać wykorzystane i zinterpretowane w najlepszy możliwy sposób, ważne jest, aby w wielu różnych sytuacjach porównać je z pomiarami naziemnymi i powietrznymi. Z tego powodu obecnie realizowany jest szereg kompleksowych międzynarodowych kampanii pomiarowych.

Do listopada niemiecki samolot badawczy HALO będzie do listopada kilkakrotnie latał pod torem EarthCARE z Cabo Verde na Atlantyku, z Barbadosu na Karaibach i z Oberpfaffenhofen w Niemczech. Misją walidacyjną HALO-PERCUSION kierują Niemieckie Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki (DLR) wraz z Instytutem Meteorologii Maxa Plancka (MPI-M). W projekt zaangażowanych jest także wielu partnerów, w tym Uniwersytet w Lipsku. PERCUSION jest jednym z kilku podprojektów projektu badawczego ORCESTRA (Organised Convection and EarthCare Studies over the Tropical Atlantic) koordynowanego przez MPI-M. Kolejnym podprojektem jest CLARINET (CLoud and Aerosol Remote sensing for EarThcare), w ramach którego badacze TROPOS wykorzystują nową stację teledetekcji ACTRIS w Obserwatorium Atmosferycznym Cabo Verde (CVAO) w Ocean Science Center w Mindelo (OSCM) do walidacji danych EarthCARE w tropikalnym Atlantyku i porównać je z pomiarami długoterminowymi.

Stacje naziemne europejskiej infrastruktury badawczej ACTRIS odgrywają ważną rolę w kalibracji danych z satelity EarthCARE: zostały utworzone i rozbudowane w ostatnich latach w celu analizy cząstek aerozolu i chmur za pomocą instrumentów teledetekcyjnych, takich jak lidar i radar. W kampanię pomiarową atmo4ACTRIS zaangażowanych jest około 50 stacji w Europie i za granicą.

Ta gęsta sieć ma tę ogromną zaletę, że EarthCARE przelatuje nad przynajmniej jedną ze stacji praktycznie codziennie, gdyż niska orbita okołoziemska gwarantuje, że satelita „przelatuje” nad naszą planetą pasami, wracając co roku tylko w tę samą część Ziemi. 25 dni. Dlatego do kalibracji nie wystarczy pojedyncza stacja naziemna.

„W ramach projektu infrastrukturalnego ATMO-ACCESS pod koniec ubiegłego roku przez dwa miesiące ćwiczyliśmy kampanię pomiarową z symulowanymi przelotami, aby przygotować się do złożonego zadania. Było to bardzo pomocne, ponieważ chociaż wszystkie stacje ACTRIS działają według tych samych standardów, niektóre z nich mają bardzo różne doświadczenie w sprawdzaniu danych satelitarnych. Wszyscy nie możemy się doczekać porównania pierwszych danych EarthCARE z pomiarami naziemnymi” – mówi dr Holger Baars z TROPOS, który koordynuje kampanię z Lipska.

Oprócz stacji TROPOS w Lipsku i Melpitz, stacje Niemieckiej Służby Meteorologicznej (DWD) w Hohenpeißenberg i Lindenberg, Uniwersytet w Kolonii (UoC) we współpracy z Centrum Badawczym Jülich (FZJ), Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT ) i Uniwersytet w Lipsku wezmą udział. Niemieccy partnerzy dostarczają również ważne dane z zagranicy: Instytut Alfreda Wegenera, Centrum Badań Polarnych i Morskich im. Helmholtza (AWI) przekazują obserwacje z Ny-Ålesund w Arktyce we współpracy z UoC, a TROPOS dostarcza dane z trzech stacji w pas pyłu Ziemi: Cabo Verde na Atlantyku, Limassol na Cyprze i Duszanbe w Tadżykistanie.

Odniesienie: „Infrastruktura badawcza aerozoli, chmur i gazów śladowych (ACTRIS): Europejska infrastruktura badawcza wspierająca naukę o atmosferze” autorstwa Paolo Laj, Cathrine Lund Myhre, Véronique Riffault, Vassilis Amiridis, Hendrik Fuchs, Konstantinos Eleftheriadis, Tuukka Petäjä, Thérèse Salameh, Niku Kivekäs, Eija Juurola, Giulia Saponaro, Sabine Philippin, Carmela Cornacchia, Lucas Alados Arboledas, Holger Baars, Anja Claude, Martine De Mazière, Bart Dils, Marvin Dufresne, Nikolaos Evangeliou, Olivier Favez, Markus Fiebig, Martial Haeffelin, Hartmut Herrmann, Kristina Höhler, Niklas Illmann, Axel Kreuter, Elke Ludewig, Eleni Marinou, Ottmar Möhler, Lucia Mona, Lise Eder Murberg, Doina Nicolae, Anna Novelli, Ewan O’Connor, Kevin Ohneiser, Rosa Maria Petracca Altieri, Bénédicte Picquet-Varrault, Dominik van Pinxteren, Bernhard Pospichal, Jean-Philippe Putaud, Stefan Reimann, Nikolaos Siomos, Iwona Stachlewska, Ralf Tillmann, Kalliopi Artemis Voudouri, Ulla Wandinger, Alfred Wiedensohler, Arnoud Apituley, Adolfo Comerón, Martin Gysel-Beer, Nikolaos Mihalopoulos, Nina Nikolova, Aleksander Pietruczuk, Stéphane Sauvage, Jean Sciare, Henrik Skov, Tove Svendby, Erik Świetlicki, Dimitar Tonev, Geraint Vaughan, Vladimir Zdimal, Urs Baltensperger, Jean-François Doussin, Markku Kulmala, Gelsomina Pappalardo, Sanna Sorvari Sundet i Milan Vana, 9 lipca 2024 r. , Biuletyn Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego.
DOI: 10.1175/BAMS-D-23-0064.1