EarthCARE odhaluje moc mraků a aerosolů

V minulých týdnech a měsících jsme Vás seznámili s prvními snímky a měřeními z jednotlivých přístrojů evropsko-japonské družice EarthCARE. Nyní tedy přichází čas odhalit, jak tyto čtyři pokročilé instrumenty spolupracují při měřeních, jak přesně oblačnost a aerosoly ovlivňují ohřívání a ochlazování naší atmosféry. Na mezinárodním astronautickém kongresu v Miláně byly představeny nové výsledky, které jasně zdůrazňují, jak mohou různé přístroje na EarthCARE pořizovat souběžně různá měření mraků a aerosolů. Tato synergická měření slibují získání kriticky důležitého vhledu do jemné energetické rovnováhy naší planety.

Energetická bilance započítává množství energie, které Země přijme od Slunce a množství tepelného záření, které naše planeta naopak uvolňuje do okolního prostoru. Tato rovnováha je ovlivňována celou řadou faktorů (třeba aerosoly, či skleníkovými plyny) a je velmi důležitá pro regulaci zemského klimatu. Ačkoliv se ví, že mraky a aerosoly obecně vzato pomáhají ochlazovat atmosféru, jejich interakce s přicházejícím a odcházejícím teplem je velmi komplexní a zatím nepříliš pochopená.

V květnu 2024 byla vypuštěna družice EarthCARE, jejíž mise je realizována jako společný projekt Evropské a Japonské kosmické agentury. Byl jí přidělen důležitý úkol měřit různé aspekty naší atmosféry, aby nám pomohla porozumět tomu, jak mraky a aerosoly odrážejí přicházející sluneční energii zpět do vesmíru a jak také zachytávají vyzařovanou infračervenou energii. Simonetta Cheli, ředitelka programů ESA pro pozorování Země uvedla: „Ačkoliv jsme stále v časné fázi mise a pracujeme na uvádění systémů družice do provozu, výsledky, které dnes prezentujeme, jsou skutečně pozoruhodné. Nejenže potvrzují, že všechny čtyři přístroje i komplexní systém zpracování dat fungují výjimečně dobře, ale také zdůrazňují možnosti jejich kombinovaných měření. To nám ukazuje, že mise je na správné cestě k dosažení svých úkolů. Data, která jsme nasbírali 18. září, nabízejí pohled na oblast od střední Evropy po Švédsko. Především odhalují mnoho různých stop bouří nad Severní Itálií v okolí Milána, kde se dnes nacházíme.“

Radar pro sledování profilů oblačnosti, který poskytla japonská agentura JAXA, poskytl informace o vertikální struktuře a vnitřní dynamice mraků. Atmosférický lidar doplnil profily aerosolů a slabých obláčků, ale také informace o vrcholcích velkých mraků. Multispektrální snímač nabídl široký přehled celé scény v mnoha různých vlnových délkách a širokopásmový radiometr měřil odražené sluneční světlo i vyzařované tepelné záření ze Země. Přiložená animace zvýrazňuje dva hlavní útvary demonstrující schopnosti spolupráce přístrojů na EarthCARE. Zatímco multispektrální snímač poskytuje celkový kontext scény, animace se nejprve zaměřuje na nedávné bouře nad severní Itálií a severní Korsikou. Bouře, která tehdy způsobila rozsáhlé povodně v italském regionu Emilia Romagna, byla součástí většího konvektivního systému spojeného s bouří Boris, která zdevastovala části střední Evropy.

V této fázi animace dodal většinu radar pro sledování profilů oblačnosti nejvíce dat, která souvisela s velikostí částic v bouřkových mracích. Poté atmosférický lidar detekoval jeden až dva kilometry silnou vrstvu na vrcholcích mraků a odhalil tak důležité detaily o ledové vrstvě v horních částech mraků. Plná spolupráce mezi radarem a lidarem se jednoznačně projevila při zaměření blízko vrcholu mraku, kde oba přístroje poskytly vzájemně se doplňující data, což umožnilo podrobnější charakterizaci mraků. Posláním projektu EarthCARE je v konečném důsledku přinést poznatky o tom, kde mraky a aerosoly oteplují, či ochlazují atmosféru, a tyto první synergické výsledky to jednoznačně dokazují.

Měření z přístrojů odhalilo silný ochlazující efekt v nejvyšších patrech bouře z důvodu vysokých emisí tepelného záření do vesmíru. Pod touto chladící vrstvou je hustší mrak, který pohlcuje teplo vyzářené zemským povrchem, což vytváří ohřívací efekt. Kromě toho animace zvýrazňuje slabé mráčky (cirry) nad Švédskem, které jsou součástí vzniku ledových mraků ve vysokých výškách. Tyto mráčky jsou pro klimatický výzkum mimořádně důležité, protože se sice zdají být tenké a umožňují průchod slunečního světla, čímž ohřívají zemský povrch, ale zároveň zachycují tepelné záření vyzařované ze zemského povrchu a brání mu v úniku do vesmíru. Tento dvojí účinek přispívá k celkovému oteplování atmosféry.

Na rozdíl od bouřky poskytuje atmosférický lidar informace o téměř celém oblaku cirrus ve výšce 8 až 13 km, zatímco radar se zaměřuje především na spodní oblast, kde se tvoří větší ledové krystalky. V dolních dvou kilometrech však přispívají svými údaji jak radar, tak lidar, což umožňuje synergické získávání dat nad značnou částí obláčků. Celkový oteplovací účinek cirrů (obzvláště v jejich horních vrstvách), je patrný tam, kde mraky pohlcují jak sluneční záření shora, tak tepelné záření vyzařované ze zemského povrchu zdola. Tento oteplující účinek je přerušen v oblastech, kde se oblačnost zahušťuje a tvoří se větší ledové částice, které blokují tepelné záření ze Země. V těchto hustších oblastech se vrcholky mraků ochlazují tím, že vydávají teplené záření do kosmického prostoru. Navzdory těmto ochlazujícím účinkům se cirry podílejí na celkovém ohřívání atmosféry.

K dalším zachyceným rysům patří vrstva aerosolů v nízkých výškách, která pravděpodobně souvisí s mlhou nad Německem způsobenou znečištěním, nebo mořský oblak v nízkých výškách nad jižní částí Baltského moře. Thorsten Fehr, vědec agentury ESA zapojený do mise EarthCARE, říká: „To, že máme data dostupná v této rané fázi, je důkazem vynikající práce týmu EarthCARE, zejména vědců, kteří tyto datové produkty vytvořili. To zvýrazňuje jedinečnou schopnost systému EarthCARE poskytovat přímá měření jak mraků, tak i aerosolů. To umožňuje bezprecedentní posouzení jejich vlivu na klima.“

Agentura JAXA se nyní pilně věnuje zpracování společně nasbíraných dat, což je rozebráno třeba zde. Hitonori Maejima, vedoucí pracovník pro mise pozorování Země v agentuře JAXA, uvedl: „Kombinací měření ze svých čtyř přístrojů, může EarthCARE zachytit různé typy mraků i aerosolů a jejich funkce. Tohle je symbol spolupráce mezi JAXA a ESA.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/26369299-1-eng-GB/EarthCARE_synergy_reveals_atmospheric_heating_rates.jpg
https://www.esa.int/…/EarthCARE_s_cloud_profiling_radar_detects_snow_rain_and_hail.jpg
https://www.esa.int/…/EarthCARE_s_atmospheric_lidar_detects_aerosols_and_thin_clouds.jpg
https://www.esa.int/…/26369900-1-eng-GB/EarthCARE_detects_atmospheric_heating.jpg