Der ESA-Satellit EarthCARE ist mit vier hochentwickelten Instrumenten ausgestattet, die so konzipiert wurden, dass sie zusammenarbeiten, um neue Erkenntnisse über die Rolle von Wolken und Aerosolen bei der Erwärmung und Abkühlung der Erdatmosphäre zu gewinnen und damit zu einem besseren Verständnis des Klimawandels beizutragen. EarthCARE wurde am 29. Mai gestartet und hat jetzt das erste Bild des Wolkenprofil-Radargeräts geliefert, das von der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA zur Verfügung gestellt wurde. Die ersten Daten der drei europäischen Instrumente des Satelliten - des Breitbandradiometers, des atmosphärischen Lidars und des multispektralen Bildgebers - werden in den nächsten Wochen und Monaten erwartet. Die Forschenden am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) sind auf die Inbetriebnahme dieser Instrumente bereits gespannt, weil sie dafür spezielle Software, sogenannte Prozessoren, entwickelt haben.

"Wir freuen uns sehr, dieses erste Bild präsentieren zu können, das Details über die innere Struktur der Wolkendynamik über dem Ozean östlich von Japan am 13. Juni zeigt", so Takuji Kubota, Missionswissenschaftler der JAXA für das Wolkenprofilradar. "Dies ist das erste Bild seiner Art - wir haben diese Art von Informationen noch nie aus dem Weltraum gemessen. Es ist alles, was wir uns erhofft haben, und noch mehr. Ich bin überzeugt, dass das Wolkenprofilradar verschiedene wissenschaftliche Entdeckungen bringen wird."

Das jetzt veröffentlichte Bild besteht aus zwei Teilen: Auf der linken Seite zeigen die Daten die vertikale Konzentration von Wolkenpartikeln, gemessen als Radarreflexionsvermögen. Es ist deutlich zu erkennen, dass sich der dichtere Teil der Wolke in ihrem Zentrum befindet, wo es mehr größere Partikel gibt. Auf der rechten Seite ist die Fallgeschwindigkeit der Wolkenpartikel dargestellt. Die niedrigen Werte in der oberen Schicht weisen auf Eiskristalle und Schneeflocken hin, die in der Schwebe sind oder langsam fallen. In der darunter liegenden Schicht deuten die viel höheren Fallgeschwindigkeitswerte auf Regen hin. Beide Bilder zeigen eine klare Grenze in etwa fünf Kilometer Höhe, wo Eis und Schnee schmelzen und Wassertröpfchen bilden, die als Regen fallen.

Das Wolkenprofilradar nutzt seine Doppler-Geschwindigkeit, um die vertikale Bewegungsgeschwindigkeit von Eis, Schnee und Regen zu messen. Diese detaillierten Informationen über die Dichte, die Verteilung nach Größe und die Geschwindigkeit der Partikel ermöglichen es den Wissenschaftlern, die Bestandteile der Wolken zu unterscheiden und so ihre Physik besser zu verstehen. Dank EarthCARE können solche Messung erstmals aus dem Weltraum durchgeführt werden. Bislang war dies nur durch Wolkenradarbeobachtungen vom Boden oder Flugzeugen aus möglich. Mit diesen Methoden können allerdings nur begrenzte Gebiete gemessen werden.

Mit dem Wolkenprofilradar an Bord des EarthCARE-Satelliten kann die Wolkenstruktur jedoch gleichmäßig über den gesamten Planeten gemessen werden."Dies ist ein fantastisches erstes Ergebnis unserer JAXA-Partner und ein Vorgeschmack darauf, was wir in Zukunft erwarten können, wenn der Satellit und alle seine Instrumente vollständig kalibriert und in Betrieb genommen sind", freut sich Simonetta Cheli, Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme der ESA. "Wir freuen uns nun auf die ersten Ergebnisse der anderen drei Instrumente von EarthCARE. Der Schlüssel zu dieser Mission liegt darin, dass alle vier Instrumente zusammenarbeiten, um uns ein ganzheitliches Verständnis der hochkomplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen, einfallender Sonnenstrahlung und ausgehender Wärmestrahlung zu vermitteln, damit wir künftige Klimatrends besser vorhersagen können."

Um die ehrgeizigen wissenschaftlichen Ziele der EarthCARE-Mission zu erreichen, ist eine sorgfältige Validierung der Messungen ist erforderlich. Eine große Rolle spielt dabei die europäische Forschungsinfrastruktur ACTRIS (Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure). Die ACTRIS-Fernerkundungsstationen sind für diesen Zweck bestens gerüstet: Die Standardausrüstung, bestehend aus einem Hochleistungs-Lidar und einem Sonnen-Photometer für Aerosolmessungen sowie einem Doppler-Radar und einem Mikrowellenradiometer für Wolkenmessungen, ermöglicht zusammen mit dem Qualitätssicherungskonzept von ACTRIS eine detaillierte Überprüfung aller EarthCARE-Aerosol- und Wolkenprodukte.

"Arbeitsabläufe für die Beobachtung, die Datenverarbeitung und die Bereitstellung von Daten in nahezu Echtzeit wurden bereits entwickelt und ausgiebig getestet. Für diesen Sommer organisieren wir eine EarthCARE-Validierungskampagne mit über 40 Stationen, die mehrere Monate dauern soll", blickt Dr. Holger Baars vom TROPOS voraus, der die Kampagne koordiniert. Daran beteiligt sein werden neben den TROPOS-Stationen in Leipzig, Mindelo (Cabo Verde) und Duschanbe (Tadschikistan) auch viele ACTRIS-Stationen in ganz Europa.