Forskere skaber ny software til den nye europæisk-japanske jordobservationssatellit EarthCARE

Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE) er udstyret med fire instrumenter:en Doppler-skyradar, en lidar med høj spektral opløsning, et billeddannende spektrometer og et bredbåndsradiometer med tre forskellige synsretninger. Instrumenterne vil give synergistiske observationer af aerosol, skyer, stråling og deres interaktioner med hidtil uset nøjagtighed.

Et af målene med missionen er at forene de målte og beregnede strålingsfluxer i toppen af ​​atmosfæren til et 100 kvadratkilometer øjebliksbillede med en nøjagtighed på 10 watt pr. kvadratmeter, hvilket ville forbedre kendskabet til global strålingspåvirkning markant.

EarthCARE-dataene beregnes næsten i realtid (næsten realtid) ved hjælp af en sofistikeret databehandlingskæde. Lidaren giver lodrette profiler og dermed et tværsnit af atmosfæren langs satellittens flyvevej.

Heraf udleder de algoritmer, der er udviklet på TROPOS, skytophøjden og højden af ​​aerosollag, som for eksempel kan bestå af Sahara-støv eller røg fra store skovbrande. Disse algoritmer er også kendt som processorer i teknisk jargon og er softwarehjertet i dataanalyse.

Ud over lidar gør billedspektrometeret det muligt at karakterisere atmosfæren ved hjælp af et vandret, 150 km bredt billede af sky- og aerosolegenskaber. De mikro- og makrofysiske skyegenskaber, såsom skyens optiske tykkelse, skydråberadiusen og skytophøjden, bestemmes ved hjælp af en anden processor udviklet hos TROPOS.

Den tredje processor, der er udviklet hos TROPOS, kombinerer den højdeopløste information fra lidaren med den horisontale information fra spektrometeret for at opnå et forbedret tredimensionelt billede af atmosfæren langs flyvebanen for den jordkredsende satellit. Aerosolklassificering i alle EarthCARE-algoritmer er baseret på HETEAC-modellen (Hybrid End-to-End Aerosol Classification).

"HETEAC-aerosolklassificeringsmodellen udviklet af TROPOS sammen med partnere spiller en central rolle i behandlingen af ​​dataene, fordi den sikrer, at enhederne så at sige taler samme sprog, og at deres data giver et ensartet helhedsbillede," forklarer Dr. . Ulla Wandinger fra TROPOS, der ledede udviklingen af ​​denne model.

Men analysen af ​​lidar- og spektrometerdata inkluderer også adskillige årtiers knowhow inden for sky- og aerosolobservation fra TROPOS.

"De genfindingsmetoder, der er udviklet i vores processorer, vil sikre, at kvaliteten af ​​skyen og aerosoldata vil forbedres betydeligt," rapporterer Dr. Anja Hünerbein, som spillede en nøglerolle i udviklingen af ​​softwaren til det passive spektrometer.

Forskere fra TROPOS i Leipzig har ikke kun arbejdet på softwaren, men vil også være med til at tjekke og kalibrere dataene. Dette skyldes, at omhyggelig validering af målingerne er nødvendig for at nå de ambitiøse videnskabelige mål for EarthCARE-missionen.

Den europæiske forskningsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) spiller en stor rolle i valideringsprocessen. ACTRIS-fjernmålingsstationerne er ideelt udstyret til dette formål:Standardudstyret, bestående af et højtydende lidar og et solfotometer til aerosolmålinger samt en Doppler-radar og et mikrobølgeradiometer til skymålinger, sammen med ACTRIS-kvalitetssikringen koncept, muliggør en detaljeret gennemgang af alle EarthCARE aerosol- og cloud-produkter.

"Arbejdsgange for observation, databehandling og levering af data i næsten realtid er allerede udviklet og grundigt testet. Til sommer arrangerer vi en kampagne med over 40 stationer, der vil vare flere måneder," siger Dr. Holger Baars fra TROPOS, som koordinerer kampagnen. Ud over TROPOS-stationerne i Leipzig (Tyskland), Mindelo (Cabo Verde) og Dushanbe (Tadsjikistan), vil mange ACTRIS-stationer i hele Europa også være involveret.

Den omfattende valideringsindsats udført af TROPOS og mange internationale forskerhold tjener til præcist at kontrollere de udviklede processorer og de målte variabler bestemt med dem. Først da vil det virkelig være klart, hvor godt egenskaberne af aerosol og skyer og deres strålingseffekter kan bestemmes af EarthCARE, og hvordan de globalt målte data kan bruges til at forbedre vores forståelse af atmosfæren.

Europas nye "øje" i rummet vil være i stand til at se det komplicerede samspil mellem skyer, aerosol og stråling mere klart og præcist end nogensinde før ved hjælp af jordstationerne.

Flere oplysninger: Robin J. Hogan et al., Forord til specialnummeret "EarthCARE Level 2-algoritmer og dataprodukter":Redaktionelt til minde om Tobias Wehr, Atmospheric Measurement Techniques (2024). DOI:10.5194/amt-17-3081-2024

Leveret af Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS)