大气激光雷达ATLID已成功激活，成为地球气候卫星EarthCARE上四个仪器中的最后一个，这颗卫星于5月发射。该任务由欧洲航天局（ESA）和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作进行，旨在提高对云层、气溶胶和辐射测量的精度。莱布尼茨对流层研究所（TROPOS）的研究人员在创建分析气溶胶和云层层次的算法方面发挥了关键作用，这些算法基于该设备捕获的数据。此外，包括约50个来自欧洲ACTRIS网络的地面站（由TROPOS在莱比锡管理）的综合测量计划进一步提升了卫星的准确性。
大气激光雷达增强新气候卫星
EarthCARE（地球云气溶胶和辐射探测器）配备了四种先进仪器：云剖面雷达、大气激光雷达、宽光谱辐射计和多光谱成像仪。这样的配置使EarthCARE能够同时进行多种测量，帮助更好地理解云层和气溶胶如何将太阳能反射到地球之外，以及它们如何捕获地球释放的热辐射。这些数据对于理解气候变化对地球能量动态的影响以及预测未来云层和气溶胶冷却效应的潜在下降至关重要。
这颗卫星于2024年5月29日发射进入地球轨道，随后一个月就提供了首次云剖面雷达图像。接着是宽光谱辐射计、多光谱成像仪以及最后的大气激光雷达在8月提供的图像。这一先进仪器捕获了不同地球地区气溶胶和云层的详细垂直剖面。气溶胶是微小颗粒，来源于自然源（如尘土和海盐）及人类活动（如工业过程和燃烧木材）。激光以快速脉冲的紫外光发射，光线被大气中的物体反射后，会被一个敏感接收器分析。根据光线返回所需的时间来计算距离，同时根据信号强度来测量浓度，并通过极化来识别气溶胶的类型。这项技术能够准确测量气溶胶和云层特性，包括它们的高度、厚度，以及光学和物理属性。与其他三种卫星仪器的协作对于理解气溶胶和云层如何影响地球能量平衡至关重要。一种名为“混合端到端气溶胶分类”（HETEAC）的新开发气溶胶分类模型已专门设计以确保不同仪器之间的有效气溶胶打字。ATLID大气激光雷达还将对提升空气质量预测产生重要贡献。长期参与ATLID项目的乌拉·万丁格表达了对首次收集到数据的兴奋，指出：“大量数据和详细的大气见解确实令人瞩目。”EarthCARE有望显著推进我们对气溶胶、云层及其相互作用的理解，对气候研究产生深远影响。
八月发布的初始图像展示了地球大气中存在的多种气溶胶和云层，如南极上方极地平流层云（PSC）的剖面，这些云层对臭氧层空洞的形成至关重要，以及墨西哥湾上方的热带风暴德比，还包括来自加拿大野火的烟雾柱。ESA地球观测项目主任西蒙内塔·切利表示：“随着EarthCARE其他三种仪器首次图像的发布，看到大气激光雷达的表现如此有效，令人兴奋。从中获得的剖面与我们的预期非常接近，经过必要的去污和校准过程后，大气激光雷达为我们提供了关于云层和气溶胶的垂直分布的新见解，与其他仪器结合起来，使我们迈向更深层次的地球能量平衡科学理解之路。”
大西洋和欧洲的综合测量工作
为了优化新仪器数据的使用，验证这些发现与不同情境下的地面和空中测量至关重要。因此，目前正在进行一系列复杂的国际测量活动。
德国研究飞机HALO将在11月之前的多个时段，从大西洋的佛得角、加勒比海的巴巴多斯和德国的奥伯法芬霍芬出发，在EarthCARE卫星的轨道下方进行多次飞行。此HALO-PERCUSION验证任务由德国航空航天中心（DLR）主导，与马克斯·普朗克气象研究所（MPI-M）合作，并有包括莱比锡大学在内的多个合作伙伴参与。PERCUSION是曼尼菲斯特单元（ORCESTRA）研究计划中的多个子项目之一，该计划专注于热带大西洋的组织对流和EarthCARE研究。另一个子项目CLARINET（用于EarthCare的云和气溶胶遥感）涉及TROPOS研究人员利用佛得角大气观测站（CVAO新建立的ACTRIS遥感站）在热带大西洋验证EarthCARE数据，并与长期测量进行比较。
欧洲研究基础设施ACTRIS内的地面站在校准EarthCARE卫星数据中发挥着至关重要的作用。这些近几年发展和扩展的地面站利用遥感工具（如激光雷达和雷达）分析气溶胶颗粒和云层。大约50个分布在欧洲及其他地区的站点参与atmo4ACTRIS测量活动。这个密集的网络使得EarthCARE几乎每天都会经过至少一个站点，因为卫星以低轨道绕地球运行，并且每25天仅返回同一地区。因此，单一地面站无法满足准确校准的需求。
“TROPOS的霍尔格·巴尔斯博士表示，作为ATMO-ACCESS基础设施倡议的一部分，我们去年为测量活动进行了两个月的模拟飞行实践，这对我们的复杂任务准备十分有帮助。尽管所有ACTRIS站都遵循相同的标准，但在校准卫星数据的某些方面存在差异。我们期待着将首批EarthCARE数据与我们的地面测量进行比较。”除了莱比锡和梅尔皮茨的TROPOS站外，德国气象局（DWD）在霍亨佩伊森堡和林登堡的站点，科隆大学（UoC）与于利希研究中心（FZJ），卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）以及莱比锡大学都将参与。此外，德国合作者还将提供来自阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（AWI）的数据，这些数据来自北极的奈-阿尔松，与UoC合作，TROPOS还将提供来自地球尘埃带三个地点的数据：大西洋的佛得角、塞浦路斯的利马索尔和塔吉克斯坦的杜尚别。
