Bewertung der globalen Aerosolprofile
Aerosole sind winzige Partikel, die in der Erdatmosphäre schweben, und haben einen erheblichen Einfluss auf das globale Klima. Sie stehen in Wechselwirkung mit der Sonnenstrahlung und sind entscheidend für die Bildung von Wolken. Diese winzigen Partikel stammen aus einer Reihe natürlicher und vom Menschen verursachter Quellen wie Wüsten und Industrie. Diese Variabilität in Bezug auf Ursprung, Zeit und Raum stellt eine große Herausforderung für Forschende dar, die Aerosole überwachen und charakterisieren wollen. „Aerosolpartikel sind daher eine der Hauptquellen für Unsicherheiten bei Klimaprojektionen“, erklärt Daniel Pérez-Ramírez, Forscher im Fachbereich für angewandte Physik an der Universität Granada und Koordinator des Projekts GRASP-ACE. Die Forschungsgruppe des EU-finanzierten Projekts GRASP-ACE versuchte, die Unsicherheiten im Zusammenhang mit diesen Partikeln zu verringern, indem sie einen Open-Source-Code entwickelte, mit dem Messungen von Aerosolen aus verschiedenen weltraumgestützten Instrumenten verknüpft werden können. Dazu gehört Lasererfassung und Entfernungsmessung (LIDAR) – eine relativ neue Technologie, bei der Laser zur Vermessung von Objekten eingesetzt werden.
Open-Source-Code für die Fernerkundung
Generalized Retrieval of Atmospheric and Surface Properties (GRASP) ist ein Open-Source-Code, mit dem verschiedene Fernerkundungsmessungen verknüpft werden können, die empfindlich gegen die optischen Eigenschaften von Aerosolen und Oberflächen sind. GRASP wurde bereits in der Vergangenheit erfolgreich eingesetzt, aber das Aufkommen weltraumgestützter LIDAR-Systeme eröffnet neue Möglichkeiten. Mit dieser aktiven Fernerkundungstechnik kann die Atmosphäre durch den Einsatz von gepulsten Lasern und fortschrittlicher elektronischer Erfassung vertikal charakterisiert werden. LIDAR hat jedoch Grenzen bei der Ableitung mikrophysikalischer Eigenschaften der Atmosphäre, insbesondere von Aerosolen.
Mehr- bis Einzelwellenlängen-LIDAR identifiziert mikrophysikalische Eigenschaften von Aerosolen
Im Projekt GRASP-ACE, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, wurde die Möglichkeit untersucht, die mikrophysikalischen Eigenschaften von Aerosolen allein durch Mehrwellenlängen-LIDAR-Messungen zu ermitteln. „Wir stellten fest, dass von vornherein Einschränkungen bezüglich der Aerosoltypen gemacht werden müssen, was die Möglichkeiten für eine vollständige globale Charakterisierung des Aerosols einschränkt“, erklärt Pérez-Ramírez. „Außerdem sind Mehrwellenlängen-LIDAR-Messungen sehr komplex und teuer, sodass sie nur begrenzt dazu geeignet sind, umfangreiche Datensätze zu generieren“, fügt er hinzu. Das GRASP-ACE-Team untersuchte daher den Einsatz von Einzelwellenlängen-LIDAR in Kombination mit passiver Fernerkundung wie der Polarimetrie (Messung der Polarisation des Sonnenlichts) für Messungen im Weltraum und der Sonnenphotometrie (Messung des Sonnenlichts) für Messungen am Boden. „Durch die Verwendung von LIDAR-Messungen in GRASP und in Kombination mit anderen passiven Fernerkundungsmessungen ist es möglich, diese vertikal aufgelösten mikrophysikalischen Eigenschaften von Aerosolen zu erhalten“, so Pérez-Ramírez. Da Einzelwellenlängen-LIDAR wesentlich einfacher und kostengünstiger ist, werden die Kosten für künftige Weltraummissionen zur Analyse von Aerosolen sinken.
Neue Möglichkeiten der Aerosolmessung
„Die große Errungenschaft unseres Projekts ist die Möglichkeit, Weltraum-LIDAR- und Polarimetriemessungen zu verknüpfen, um vertikal aufgelöste Aerosoleigenschaften zu erhalten, was bisher nicht möglich war“, erklärt Pérez-Ramírez. „Besonders wichtig wird die Möglichkeit sein, die Größenverteilung und die Absorptionseigenschaften von Aerosolen zu charakterisieren“, fügt er hinzu. Aufgrund der vielversprechenden Ergebnisse des Projekts wurde ein neues EU-finanziertes Projekt, GRASP-SYNERGY, genehmigt. Ziel ist es, Informationen von verschiedenen Weltraumsensoren mithilfe des GRASP-Algorithmus zu verknüpfen. Die Forschung wird die für 2029 geplante Weltraummission Atmosphere Observing System (AOS) unterstützen, die von der NASA in Zusammenarbeit mit anderen Weltraumorganisationen geleitet wird. Der GRASP-Algorithmus bietet eine Möglichkeit, die Kosten für diese Mission zu senken, indem die Informationen des billigeren Einzelwellenlängen-LIDAR einbezogen werden. „Die Missionsarchitektur umfasst die Kombination von LIDAR und Polarimetrie, wodurch GRASP zu einem Kernstück für die Optimierung und den Erfolg der Mission wird“, sagt Pérez-Ramírez.
Schlüsselbegriffe
GRASP-ACE, Aerosol, Klima, Wolken, Größe, Verteilung, Ursprung, Sensoren, LIDAR, NASA, Code
