Los investigadores crean un nuevo software para el nuevo satélite europeo-japonés de observación de la Tierra EarthCARE

Los preparativos para el lanzamiento a finales de mayo del nuevo satélite de observación de la Tierra EarthCARE (Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer) están en pleno apogeo. La misión conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) medirá las nubes, los aerosoles y la radiación con mayor precisión que nunca. Esto será posible mediante la conexión de cuatro instrumentos de última generación.

Tres procesadores, desarrollados por el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) junto con sus socios, contribuyen de manera importante a esta misión. Estos algoritmos ya han sido descrito en detalle en una edición especial de la revista Técnicas de medición atmosférica.

El nuevo software permite derivar propiedades de las nubes a partir del espectrómetro pasivo (MSI), aerosoles y capas de nubes del lidar espectral activo de alta resolución (ATLID), así como productos sinérgicos de nubes y aerosoles de ambos instrumentos. Se desarrolló un modelo de clasificación de aerosoles (HETEAC) como base para la tipificación de aerosoles para garantizar que estos cálculos funcionen en diferentes dispositivos.

EarthCARE será el primero en combinar lidar de alta resolución espectral y radar de nubes Doppler con sensores pasivos, lo que la convertirá en la misión satelital más compleja jamás lanzada al espacio para estudiar aerosoles, nubes y sus efectos radiativos. El desarrollo de EarthCARE llevó más de 15 años y costó alrededor de 800 millones de euros.

El satélite ofrece grandes oportunidades para la ciencia: la tecnología de vanguardia a bordo proporciona una gran cantidad de datos que mejorarán la precisión de los modelos climáticos y respaldarán la predicción numérica del tiempo.

El satélite EarthCARE, que mide 17,2 metros de largo, 2,5 metros de ancho, 3,5 metros de alto y pesa alrededor de 2.200 kilogramos, fue ensamblado por el contratista principal alemán Airbus en Friedrichshafen, probado exhaustivamente en colaboración con la ESA y luego transportado en avión a Vandenberg (California, EE.UU.). ). ), desde donde será lanzado a finales de mayo a su órbita objetivo a una altitud de 393 kilómetros por un cohete Falcon 9 de la compañía espacial estadounidense SpaceX.

El Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (EarthCARE) está equipado con cuatro instrumentos: un radar de nubes Doppler, un lidar de alta resolución espectral, un espectrómetro de imágenes y un radiómetro de banda ancha con tres direcciones de visión diferentes. Los instrumentos proporcionarán observaciones sinérgicas de aerosoles, nubes, radiación y sus interacciones con una precisión sin precedentes.

Uno de los objetivos de la misión es conciliar los flujos radiativos medidos y calculados en la parte superior de la atmósfera para una instantánea de 100 kilómetros cuadrados con una precisión de 10 vatios por metro cuadrado, lo que mejoraría significativamente el conocimiento del forzamiento radiativo global.

Los datos de EarthCARE se calculan casi en tiempo real (casi en tiempo real) utilizando una sofisticada cadena de procesamiento de datos. El lidar proporciona perfiles verticales y, por tanto, una sección transversal de la atmósfera a lo largo de la trayectoria de vuelo del satélite.

A partir de esto, los algoritmos desarrollados en TROPOS obtienen la altura de las cimas de las nubes y la altura de las capas de aerosoles, que podrían estar compuestas, por ejemplo, de polvo del Sahara o de humo de grandes incendios forestales. Estos algoritmos también se conocen como procesadores en la jerga técnica y son el corazón del software de análisis de datos.

Además del lidar, el espectrómetro de imágenes permite caracterizar la atmósfera mediante una imagen horizontal de 150 km de ancho de las propiedades de las nubes y los aerosoles. Las propiedades micro y macrofísicas de la nube, como el espesor óptico de la nube, el radio de las gotas de la nube y la altura de la cima de la nube, se determinan mediante otro procesador desarrollado en TROPOS.

El tercer procesador desarrollado en TROPOS combina la información de altura resuelta del lidar con la información horizontal del espectrómetro para obtener una imagen tridimensional mejorada de la atmósfera a lo largo de la trayectoria de vuelo del satélite en órbita terrestre. La clasificación de aerosoles en todos los algoritmos de EarthCARE se basa en el modelo HETEAC (Clasificación híbrida de aerosoles de extremo a extremo).

«El modelo de clasificación de aerosoles HETEAC, desarrollado por TROPOS junto con sus socios, desempeña un papel central en el procesamiento de datos, ya que garantiza que los dispositivos hablen, por así decirlo, el mismo idioma y que sus datos proporcionen una imagen general uniforme», explica The Doctor. . Ulla Wandinger de TROPOS, quien dirigió el desarrollo de este modelo.

Pero el análisis de los datos del lidar y del espectrómetro también incluye varias décadas de conocimientos de observación de nubes y aerosoles de TROPOS.

«Los métodos de recuperación desarrollados en nuestros procesadores garantizarán que la calidad de los datos de nubes y aerosoles mejore significativamente», informa la Dra. Anja Hünerbein, que desempeñó un papel clave en el desarrollo del software para el espectrómetro pasivo.

Los investigadores de TROPOS en Leipzig no sólo trabajaron en el software, sino que también participarán en la verificación y calibración de los datos. Esto se debe a que es necesaria una validación cuidadosa de las mediciones para lograr los ambiciosos objetivos científicos de la misión EarthCARE.

La infraestructura de investigación europea ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) juega un papel importante en el proceso de validación. Las estaciones de teledetección ACTRIS están perfectamente equipadas para este fin: el equipamiento estándar, compuesto por un lidar de alto rendimiento y un fotómetro solar para mediciones de aerosoles, así como un radar Doppler y un radiómetro de microondas para mediciones de nubes, junto con el sistema de control de calidad ACTRIS. concepto, permite una revisión detallada de todos los productos de aerosoles y nubes de EarthCARE.

“Ya se han desarrollado y probado exhaustivamente flujos de trabajo para observar, procesar datos y entregar datos casi en tiempo real. Para este verano estamos organizando una campaña con más de 40 estaciones que durará varios meses”, afirma el Dr. TROPOS, que coordina la campaña. Además de las estaciones TROPOS en Leipzig (Alemania), Mindelo (Cabo Verde) y Dushanbe (Tayikistán), también participarán muchas estaciones ACTRIS en toda Europa.

Los extensos esfuerzos de validación llevados a cabo por TROPOS y muchos equipos de investigación internacionales sirven para verificar con precisión los procesadores desarrollados y las variables medidas determinadas con ellos. Sólo entonces quedará realmente claro hasta qué punto EarthCARE puede determinar las propiedades de los aerosoles y las nubes y sus efectos radiativos y cómo se pueden utilizar los datos medidos globalmente para mejorar nuestra comprensión de la atmósfera.

El nuevo «ojo» de Europa en el espacio podrá ver las complicadas interacciones entre nubes, aerosoles y radiación con mayor claridad y precisión que nunca, con la ayuda de estaciones terrestres.