Studien zur technischen Umsetzung zukünftiger Satellitenmissionen

EarthCARE - Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer

Algorithmen-Entwicklung für das abbildende Spektrometer (MSI) und Synergien mit dem ATLID (IRMA)

EarthCARE ist eine geplante Weltraummission der Europäischen Weltraumagentur (ESA) und der Japanischen Weltraumagentur (JAXA). Der Start ist für 2016 vorgesehen. Vier Instrumente besitzt der Satellit: ein Doppler-Radar (CPR) zur Vermessung von vertikalen Wolkenprofilen, einem hochaufgelösten Lidarsystem (ATLID), ein abbildendes Spektrometer (MSI) und ein Breitband-Radiometer. Im Fokus dieser Mission ist die Untersuchung von Aerosolen und Wolken und deren Einfluss auf die atmosphärische Strahlung. Im Besonderen die Kombination der aktiven (Radar und Lidar) und passiven (Spektrometer und Radiometer) Instrumente ermöglicht die Untersuchung der vertikalen und horizontalen Verteilung der Wolken und Aerosole zusammen mit dem langwelligen und kurzwelligen Strahlungsfluss.

Das ESA-Projekt IRMA befasst sich mit der Entwicklung der Algorithmen für das abbildende Spektrometer MSI und deren mögliche Synergien mit dem ATLID. Das MSI Instrument besitzt 7 Spektralbänder im solaren und infraroten Spektralbereich (Fig. 1).

Model des MSI-Instruments

Fig. 01: Model des MSI-Instruments.

Die räumliche Auflösung beträgt 500x500m2 und der Schwad ist 150km breit, wobei dieser asymmetrisch geneigt zur Sonne ist, -35km zu 115km relativ zum Nadir (Fig.2).

EarthCARE scene

Fig. 02: Illustration of a 3d EarthCARE scene based on CALIOP and MODIS data 2 January 2007. Quelle: Anja Hünerbein/TROPOS

Information der MSI-Kanäle (Albiñana, et al., 2010)

Channel Center Wavelength (mu) Bandwith (50%)
VIS 0.67 20 nm
NIR 0.865 20 nm
SWIR-1 1.65 50 nm
SWIR-2 2.21 0.1 mu
TIR 1 8.80 0.9 mu
TIR 2 10.80 0.9 mu
TIR 3 12.00 0.9 mu

MSI Wolkenprodukte

Die folgenden MSI Wolkenprodukte wurden entwickelt:

  • die optischen und mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke (die optische Dicke, der effektive Partikelradius ) – basiert auf der bi-spektralen Methode (VIS oder NIR und SWIR1 oder SWIR2 Band)
  • Flüssigwasserpfad- basiert auf der optischen Dicke und den mikrophysikalischen Eigenschaften der Wolke
  • Die Höhe der Wolkenoberkante – basiert auf infraroten Fensterkanäle und der Synergie mit ATLID-Messungen 

Publikationen

Pérez Albiñana, Abelardo, Robert Gelsthorpe, Alain Lefebvre, Maximillian Sauer, Erich Weih, Klaus-Werner Kruse, Ralf Münzenmayer, Guy Baister, Mark Chang, 2010: The multi-spectral imager on board the EarthCARE spacecraft, in Infrared Remote Sensing and Instrumentation XVIII, Marija Strojnik; Gonzalo Paez, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 7808, 780815.

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