Verifizierung der EarthCARE Daten
Für den Erfolg der Mission müssen die über 40 verschiedenen Datenprodukte innerhalb der Datenprozessierungskette validiert und ihre Fehlerbereiche ermittelt werden. Hierzu haben bereits in Vorbereitung auf die EarthCARE Mission eine Reihe an pre-launch Kampagnen zum besseren Verständnis und zur Kalibrierung der zu erwartenden Daten, sowie zur Unterstützung der Algorithmen- und Retrievalentwicklung stattgefunden. Dazu wurden unabhängige Messungen von verschiedenen Plattformen herangezogen.
Unabhängige Messungen zur Validierung
Basierend auf den vier Instrumenten auf EarthCARE, liefert der Satellit über 40 Datenprodukte. Die Berechnung aller Produkte erfolgt in einer einzigartigen Prozesskette, in der die vom Satelliten eingehenden Daten, zusammen mit aktuellen Modellvorhersagen der atmosphärischen Zustandsgrößen und Erdoberflächenparametern, umgehend prozessiert und zeitnah zum Überflug zur Verfügung gestellt werden. Die komplexen Abhängigkeiten der Algorithmen untereinander stellen hohe Anforderungen an die Validierung der Produkte. Die neuartigen Messgeräte müssen zunächst einzeln auf ihre Funktionalität überprüft werden. Messfehler sind ausgehend von den kalibrierten Signalen (Level 1b) über die verschiedenen Prozessierungsschritte bis zu den Aerosol-, Wolken-, Niederschlags- und Strahlungsprodukten der einzelnen Instrumente (Level 2a) zu verfolgen und zu bestimmen. Anschließend müssen die Produkte aus synergistischen Algorithmen (Level 2b) analysiert werden, und erst danach beginnt die wissenschaftliche Auswertung der Daten.
Das Bodenmessnetz welches zur EarthCARE Validierung herangezogen werden kann umfasst eine weite Spannbreite von hoch instrumentierten Stationen welche von deutschen und auch internationalen Partnern betrieben werden, über mobile Messstationen, bis hin zu automatischen Raman Polarisationslidar und Strahlungsnetzwerken.
Im Vorfeld zum EarthCARE launche wurden zur Vorbereitung mehrere Flugzeuggetragenen Messkampagnen durchgeführt. Die übergeordneten Ziele sind erste Testflüge für die zu erwartenden EarthCARE Daten, Verbesserung von L2 Algorithmen und Analyse Retrieval, sowie Auslotung der Cal/Val Strategie.
HALO (High Altitude and LOng range) wurde dabei als der Airborn Demonstrator mit einer EarthCARE ähnlichen Payload eingesetzt. Der Gulfstream G550 Business-Jet hat eine Reichweite von etwa 10 Flugstunden und Flughöhe von ca. 15 km. Die eingesetzte Payload besteht dabei aus einem High Spectral Resolution Lidar (HSRL: 532 nm) und einem Wasserdampf DIAL, einem Wolkenradar (35 GHz), einem Hyper-Spektral Radiometer (specMACS) und einem Mikrowellenradiometer. Je nach Teilnehmer bei den Kampagnen wurden zusätzlich zur HALO auch koordinierte Messungen mit anderen internationalen Forschungsflugzeugen, bodengestützten Messungen sowie Satellitenunterflüge durchgeführt.
Auch andere Flugzeuge wurden bereits zur Validierung von EarthCARE eingesetzt. So zum beispiel die DLR Falcon, welche neben dem HSR-Lidar auch Inletts für In-situ Messungen dabei hatte.
Auch komplementäre Satellitendaten kommen zum Einsatz bei der Validation von EarthCARE Daten. So zum Beispiel Beobachtungsdaten der A-Train Satteliten CALIOP, POLDER, MODIS oder von SEVERI und GERB. Gegenüber den Messkampagnen bietet der Vergleich mit Satellitendaten die Möglichkeit für eine statistische Betrachtung Daten hinsichtlich ihrer Stabilität und Konsistenz. Desweiteren ermöglicht eine längerfristige Validierung der sesonal- sowie monatlich gemittelten EarthCARE Datenprodukte mit passiven Instrumenten. Es können zudem Fehler bezüglich der Sattelitenperformance, Unsicherheiten im Retrieval und Limitationen für verschiedene geophysikalische sowie meteorologische Bedingungen bestimmt und charakterisiert werden.
Die Validation der EarthCARE Datenprodukte wird auch durch die Modellierung unterstützt. Hierzu werden unter anderem Satellitendaten und Daten aus Bodenmessnetzen assimiliert und entlang des Fußpfades mit EarthCARE Daten verglichen. Besonders die Validation der EarthCARE Wolkenretrievals liegt hier im Vordergrund. Mit Hilfe von hochauflösenden Simulationen von zum Beispiel Wolkenstrukturen können EarthCARE Retrievals untersucht und verbessert werden. Aber auch die Level 1 Datenprodukte können mit synthetisch generierten Beobachtungsdaten validiert werden.
