大气激光雷达ATLID是于5月发射的EarthCARE卫星上的四个仪器之一，现在已经完全投入使用。这个任务是欧洲空间局（ESA）与日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）之间的合作，旨在前所未有地提高云、气溶胶和辐射测量的准确性。来自莱布尼茨平流层研究所（TROPOS）的研究人员在创建算法方面发挥着至关重要的作用，分析来自该仪器的数据以获取气溶胶和云层信息。此外，一项涉及大约50个来自欧洲ACTRIS网络的地面站的重大测量活动正在进行，由TROPOS在莱比锡协调，这将提高这一突破性气候卫星的精度。
大气激光雷达提升新气候卫星的能力
EarthCARE（地球云气溶胶和辐射探测器）配备了四种先进的仪器——云廓线雷达、大气激光雷达、宽带辐射计和多光谱成像仪，能够同时进行各种测量。这些测量对于理解云和气溶胶如何将入射的太阳能量反射回太空，以及如何捕捉从地球发出的热辐射至关重要。这种理解对于评估气候变化对地球能量平衡的影响，以及预测未来云和气溶胶的冷却效果减弱的潜在损失至关重要。
EarthCARE卫星于2024年5月29日进入轨道。在一个月内，卫星成功开始发送来自其云廓线雷达的图像，随后是宽带辐射计的图像、多光谱成像仪的图像，最终在8月发送了大气激光雷达的图像。这个复杂的仪器捕捉了地球大气不同区域气溶胶和云的详细垂直剖面。气溶胶由微小的颗粒和液滴组成，源自尘土和海盐等自然来源以及工业排放和生物质燃烧等人类活动。激光雷达发出短暂的紫外光脉冲，反射回大气目标，这些信号通过一个高灵敏度的接收器进行分析。通过测量光的传播时间，科学家们可以确定距离，通过信号强度评估浓度，并依据极化识别气溶胶类型。这使得能够测量气溶胶和云的分布及其特性，包括高度、厚度和光学特性。卫星四个仪器之间的协作对于理解气溶胶和云在维持地球能量平衡中的作用至关重要。新开发的气溶胶分类模型“混合端到端气溶胶分类”（HETEAC）促进了跨多个仪器的气溶胶类型识别。值得注意的是，ATLID大气激光雷达预计将大大提升空气质量预测能力。参与ATLID开发多年的乌拉·万丁格（Ulla Wandinger）对初步测量表示兴奋：“数据和对大气结构的洞察令人印象深刻。”EarthCARE有可能显著提升我们对气溶胶、云及其相互作用的理解，以及对气候研究更广泛的影响。
8月捕获的第一批图像展示了地球大气中存在的多样气溶胶和云，例如位于南极的极地平流层云（PSC）剖面，这些云在臭氧孔的形成中至关重要，还有墨西哥湾上方的热带风暴德比（Debby）和来自加拿大森林火灾的烟雾。同时，欧洲空间局（ESA）地球观测项目主任西蒙内塔·切利（Simonetta Cheli）评论道：“继EarthCARE其他三个仪器传回的初步图像之后，我们现在可以评估大气激光雷达的有效性。激光雷达的剖面与我们在常规校准和去污过程中后的预期相符。我们对云和气溶胶的垂直分布的洞察将与其他仪器的数据相结合，加深我们对地球能量平衡的理解。”
大西洋和欧洲的综合测量活动
为了确保新仪器的数据能够有效利用和解释，必须将其与不同场景下的地面和空中测量进行比较。因此，目前正在进行多个复杂的国际测量活动。
到11月，德国研究飞机HALO将在来自佛得角、加勒比海（巴巴多斯）和德国奥伯法潘霍芬的地点进行多次飞行，作为EarthCARE路径的一部分。此次HALO-PERCUSION验证任务由德国空气航天中心（DLR）主导，并与马克斯·普朗克气象研究所（MPI-M）合作，联合了包括莱比锡大学在内的多个合作伙伴。PERCUSION只是由MPI-M协调的ORCESTRA（热带大西洋的有组织对流和EarthCare研究）研究计划中的几个子项目之一。另一个子项目CLARINET（气候和气溶胶遥感研究Earthcare）涉及到TROPOS研究人员通过位于佛得角大气观测站的新的ACTRIS遥感站验证EarthCARE数据，并将其与长期测量进行比较。
与欧洲ACTRIS研究网络相关的地面站在校准从EarthCARE卫星获取的数据中发挥着至关重要的作用。近年来，建立和扩展了多种这些站点，以使用遥感工具如激光雷达和雷达分析气溶胶和云。大约50个位于欧洲及海外的站点参与了atmo4ACTRIS测量活动。这个广泛的网络具有优势，因为EarthCARE每天几乎都经过至少一个这些站点。由于卫星的低地轨道，它每25天会重访同一个地点，因此需要有多个地面站进行有效校准。
作为ATMO-ACCESS基础设施项目的一部分，去年年底进行了为期两个月的模拟飞越，以排练和准备这项复杂的活动。这个准备阶段是有益的，因为尽管ACTRIS站点遵循统一的标准，但它们的验证过程根据其特定背景可能有所不同。来自TROPOS的霍尔格·巴尔斯（Holger Baars）博士负责该活动，他表示：“我们很高兴开始将初步的EarthCARE数据与原位测量进行比较。”包括由TROPOS运营的莱比锡和梅尔皮茨的地面站以及来自德国气象局（DWD）在霍亨佩辛本和林登堡的站点，科隆大学（UoC）与于利希研究中心（FZJ）、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和莱比锡大学合作的站点在内的多个合作伙伴也在为此做出贡献。此外，来自海外的重要观测数据也由德国合作伙伴提供，包括阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥尔穆尔茨极地和海洋研究中心（AWI），该机构与UoC合作，从北极诺尔斯伦提供数据，而TROPOS则提供来自地球尘埃带的三个站点的见解：位于大西洋的佛得角、塞浦路斯的利马索尔以及塔吉克斯坦的杜尚别。
