Validierung der Aeolus Wind Messungen: Nach bereits drei erfolgreichen Validierungskampagnen mit Flügen in Mitteleuropa und um Island, stand dieses Mal die Datenqualität von Aeolus in den Tropen im Fokus. Für eine verbesserte Wettervorhersage ist das globale Windfeld von enormer Bedeutung. Dies konnte mit Aeolus bereits demonstriert werden und gilt besonders für Gebiete, in denen es wenig alternative Windmessungen gibt, wie den Tropen.
DLR (vorne) and SAFIRE (hinten) Falcons auf dem Vorfeld in Sal. Credit: DLR/C. Lemmerz (CC BY-ND-NC 3.0)
Das DLR-Team auf Sal. Credit: DLR (CC-BY3.0)
Um die Aeolus Wind-Produkte vom Flugniveau bis zum Boden zu validieren, hat das IPA-Team die beiden bewährten Doppler Wind Lidar-Instrumente (DWL) auf der DLR Falcon installiert und koordinierte Unterflüge entlang des Aeolus-Orbits vorbereitet. Der ALADIN Airborne Demonstrator (A2D) erlaubt Windmessungen entlang seiner Sichtachse (Line-of-sight, LOS) sowohl in klarer Atmosphäre (Rayleigh), als auch unter Aerosol- und Wolkeneinfluss (Mie), basierend auf dem gleichen zweikanaligen Instrumentenkonzept wie Aeolus. Das auf Partikelstreuung empfindliche, scannende 2-µm DWL liefert mit hoher Genauigkeit Profile des Windvektors als Referenz. „Immer dem Wind nach“ konnten beide DWL bei Messkampagnen bereits vor dessen Missionsstart im August 2018 für Aeolus relevante operationelle Verfahren und Algorithmen für Aeolus weiterentwickeln (WindVal, NAWDEX).
Nach einer pandemiebedingten Verschiebung um mehr als ein Jahr konnte das IPA Team, unterstützt durch ein elfköpfiges Team der DLR Einrichtung Flugexperimente, schließlich im September 2021 nach Sal auf den Kapverden aufbrechen. Die Flugmesskampagne AVATART (Aeolus Validation Through Airborne LidaRs in the Tropics) ist der DLR-Beitrag zur internationalen Joint Aeolus Tropical Atlantic Campaign (JATAC). Organisiert von ESA and NASA, konzertiert JATAC diverse Messflugzeuge, wie z.B. die französische SAFIRE Falcon 20 und die DC-8 der NASA (auf den US Virgin Islands), mit bodengebundenen Messungen auf einer Nachbarinsel.
Im Rahmen der vielfältigen Forschungsziele von JATAC liegt der Schwerpunkt bei AVATART auf Windmessungen. Die einzigartige Kombination des „Aeolus-Pendant“ A2D mit dem 2-µm DWL als Referenz ermöglicht detaillierte Untersuchungen des Einflusses der tropischen Wetterbedingungen in der Region auf die Genauigkeit der Aeolus Windprodukte.
Erste Ergebnisse der Datenanalyse zeigen, dass der A2D wesentlich mehr Mie-Winde innerhalb der großräumigen Staubschichten des Saharan Air Layers (SAL) unterhalb von 6 km detektieren konnte als Aeolus. Der Aeolus-Prozessor erkennt in der SAL dagegen meist Winde aus klarer Rayleigh-Atmosphäre, die mit einem größeren Fehler behaftet sind. Dass eine genauere Unterscheidung zwischen Mie- und Rayleigh-Winden für das Aeolus-Instrument prinzipiell möglich ist, wird durch die A2D-Signale bestätigt.
Durchbrochene Bewölkung eingelagert in Saharastaub, beobachtet aus der Falcon kurz vor einem Aeolus Überflug. Unter solchen Bedingungen sind genaue Windmessungen eine Herausforderung für Aeolus. Credit: DLR/C. Lemmerz (CC BY-ND-NC 3.0)
Ziel der Auswertungen ist es, solche Fehlerquellen herauszuarbeiten und deren Ursachen zu verstehen, um daraus Verbesserungen der Aeolus-Algorithmen abzuleiten. Damit kann die Qualität der Aeolus-Daten sowohl für die restliche Missionszeit, als auch für die Nachprozessierung der Produkte seit 2018 erhöht werden. Die durch die AVATART-Kampagne und JATAC gewonnen Erkenntnisse tragen damit auch zum Erfolg zukünftiger europäischer Lidarmissionen wie EarthCARE und Aeolus Nachfolgern bei.