Die Sonneneinstrahlung treibt die atmosphärische Zirkulation und ist die maßgebliche Größe für das Wetter- und Klimageschehen. Zur Bestimmung des Strahlungshaushalts der Erde, welcher das Klima kontrolliert, ist die genaue Kenntnis der terrestrischen Strahlung und deren Wechselwirkung mit den Wolken und Aerosolen sowie den Spurengasen unbedingt erforderlich. Durch simultane aktive und passive Beobachtungen der Erdatmosphäre im Rahmen der EarthCARE-Mission der ESA, welche im Mai 2024 gestartet werden soll, werden neue Erkenntnisse über die Strahlungswechselwirkung von Wolken und Aerosolen erwartet.
EarthCARE und seine vier Instrumente ATLID, CPR, MSI, und BBR.
Zum besseren Verständnis der Rolle von Wolken und Aerosolen im Klima sind Beobachtungen der mikrophysikalischen, optischen und chemischen Eigenschaften von Wolken und Aerosolen von besonderer Bedeutung. Während bodengebundene oder flugzeuggestützte Instrumente hochaufgelöste Beobachtungen mit begrenzter räumlicher und zeitlicher Abdeckung liefern, ermöglichen Satellitensensoren lange Zeitreihen und globale Abdeckung, jedoch ohne Details über die mikrophysikalischen oder optischen Eigenschaften zu liefern. Die Kombination von bodengebundenen, flugzeuggestützten und Satelliten-Beobachtungen zusammen mit Modellsimulationen ist von hohem Wert für die Klimaforschung.
In 2023 soll die gemeinsame europäisch-japanische Mission EarthCARE (Earth Clouds, Aerosol and Radiation Explorer) starten mit dem Ziel gleichzeitiger Messungen von Wolken, Aerosolen und Strahlung mit globaler Abdeckung. EarthCARE wird genaue Messungen von Strahlungsflüssen am Oberrand der Atmosphäre kombinieren mit Messungen der Wolken- und Aerosoleigenschaften, um das Verständnis und die Vorhersage von Klimaänderungen zu verbessern, den Einfluss von Aerosol und Wolken auf die Strahlung zu charakterisieren und Rückkopplungsprozesse im System Erde-Atmosphäre zu studieren.
Um diese wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, wird EarthCARE die Erde in 390 km Höhe umrunden und eine beispiellose Zusammenstellung aktiver und passiver Fernerkundungsinstrumente auf einer einzigen Satellitenplattform bieten:
das Atmosphärenlidar ATLID, ein Lidar mit hoher spektraler Auflösung (HSRL), bei 355 nm Wellenlänge betrieben, mit 30 m Strahldurchmesser am Boden und Polarisationsmessung,
das 94 GHz Doppler-CPR (cloud profiling radar) mit 500 m Messabstand und 500 m Vertikalauflösung,
den Multi-Spectral-Imager MSI mit sieben Kanälen im solaren und thermalen Spektralbereich, 500 m Auflösung im Nadirbereich und 150 km Abdeckung,
das Breitbandradiometer BBR mit kurz- und langwelligen Kanälen, drei verschiedenen Blickrichtungen entlang der Bodenspur und 10 km Pixelgröße am Boden.
EarthCARE wird die Wechselwirkung in der Atmosphäre entschlüsseln
Ob Dürre und Hitze in Südeuropa oder extreme Starkregenereignisse in Deutschland – die Sonneneinstrahlung ist die maßgebliche Größe für das Klimageschehen und die Wetterdynamik auf unserer Erde, denn sie treibt die Zirkulation in der Atmosphäre an. Diese Strahlung ist in der Lufthülle allerdings sehr unterschiedlich verteilt und tritt dort zudem noch in Wechselwirkung mit Wolken und Aerosolen – ein Gemisch aus festen und flüssigen Partikeln – sowie mit den Spurengasen. Um in naher Zukunft noch genauere Vorhersagen machen zu können, müssen wir die bisher noch nicht so gut bestimmbaren Parameter zu Aerosolen und Wolken global besser kennen und deren Wechselwirkungen in der Erdatmosphäre entschlüsseln. Dadurch und mit der Messung der Strahlungsdichte kennen wir den Strahlungshaushalt unseres Heimatplaneten wesentlich genauer, als wir das heute tun. Die Europäische Weltraumorganisation ESA will daher gemeinsam mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA voraussichtlich im Mai 2024 ihre bislang größte und komplexeste Earth-Explorer-Erdbeobachtungsmission starten.
