EarthCARE 衛(wèi)星正在幫助科學(xué)家解開云和氣溶膠的奧秘，這些奧秘長(zhǎng)期以來一直困擾著我們對(duì)地球能量平衡的理解。

EarthCARE（地球云、氣溶膠和輻射探測(cè)器）是歐洲航天局和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的聯(lián)合項(xiàng)目。這顆衛(wèi)星的昵稱是 Hakuryu，意思是“白龍”，這顆衛(wèi)星的制作時(shí)間超過了二十年。

5 月 29 日的發(fā)射令人傷腦筋，但當(dāng) EarthCARE 升入軌道時(shí)，它標(biāo)志著歐洲航天局最復(fù)雜的地球探測(cè)器衛(wèi)星之一翻開了新的篇章。

EarthCARE 于 2025 年 5 月 29 日從加利福尼亞州范登堡太空基地乘坐 SpaceX 獵鷹 9 號(hào)火箭升空。 視頻ESA/SpaceX

四種儀器，一項(xiàng)任務(wù)

在一顆衛(wèi)星上發(fā)射四臺(tái)儀器并非易事。首先是由 JAXA 開發(fā)的云剖析雷達(dá) （CPR），它使科學(xué)家能夠首次從太空看到云的內(nèi)部并了解其內(nèi)部動(dòng)態(tài)。

寬帶輻射計(jì) （BBR） 緊隨其后，旨在提供對(duì)地球能量預(yù)算的見解。然后是提供云背景的多光譜成像儀 （MSI） 和大氣激光雷達(dá) （ATLID），用于追蹤從海浪到云頂?shù)念w粒。

在幾個(gè)月內(nèi)，所有儀器都協(xié)調(diào)一致地工作。它們共同測(cè)量云和氣溶膠如何加熱或冷卻大氣層——這是完善天氣預(yù)報(bào)和氣候模型的重要信息。

國(guó)際合作共贏

這顆衛(wèi)星的成功不僅取決于技術(shù)，還取決于國(guó)際合作。ESA 和 JAXA 與 9 個(gè)國(guó)家/地區(qū)的 16 個(gè)組織合作。

EarthCARE 數(shù)據(jù)、創(chuàng)新和科學(xué)集群 （DISC） 處理數(shù)據(jù)，為科學(xué)家和預(yù)報(bào)員創(chuàng)造有用的產(chǎn)品。

數(shù)百名研究人員還參與了校準(zhǔn)和驗(yàn)證工作，從北極前往佛得角，甚至航行大西洋以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

在 2025 年 3 月舉行的第二屆在軌 ESA-JAXA 校準(zhǔn)和驗(yàn)證研討會(huì)上，研究人員分享了有希望的早期結(jié)果，證實(shí)了辛勤工作得到了回報(bào)。

EarthCARE 進(jìn)入太空的第一年

EarthCARE 的軌道距離地球約 400 公里。這種低高度是有代價(jià)的——由于太空天氣、大氣阻力和重力，衛(wèi)星會(huì)慢慢螺旋下降。

盡管最初的任務(wù)計(jì)劃為三年，但根據(jù)太陽能活動(dòng)和批準(zhǔn)，它有望持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。

即使在第一年，EarthCARE 就產(chǎn)生了真正的影響。2025 年 1 月，1 級(jí)數(shù)據(jù)公開。到春季，2 級(jí)數(shù)據(jù)發(fā)布，科學(xué)家在 10 個(gè)月內(nèi)獲得了 33 種產(chǎn)品中的 26 種。

數(shù)據(jù)改變天氣預(yù)報(bào)

預(yù)報(bào)員很快開始將 EarthCARE 數(shù)據(jù)納入天氣模型。目標(biāo)：減少偏差并改進(jìn)預(yù)測(cè)。根據(jù) DISC 合作伙伴 ECMWF 的說法，早期結(jié)果令人鼓舞。

EarthCARE 在多個(gè)案例研究中改進(jìn)了對(duì)云位置、中層對(duì)流、云量和遮擋鋒面位置的預(yù)測(cè)。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，EarthCARE 數(shù)據(jù)增強(qiáng)了野火煙霧跟蹤，并提供了迄今為止最精確的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)。ECMWF 旨在將 EarthCARE 數(shù)據(jù)整合到業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，繼 Aeolus 衛(wèi)星取得成功之后，該衛(wèi)星攜帶了類似的激光雷達(dá)儀器。

與此同時(shí)，世界各地的研究人員正在使用 EarthCARE 的獨(dú)特測(cè)量技術(shù)對(duì)大氣過程獲得新的見解。

EarthCARE 捕獲極地云

EarthCARE 的 1 級(jí)數(shù)據(jù)一可用，科學(xué)家們就被其對(duì)極地平流層云 （PSC） 的驚人觀測(cè)所吸引。

這些高海拔云罕見而美麗，在極地天空中呈現(xiàn)出彩虹色。EarthCARE 捕獲了一條罕見的“II 型”PSC 帶，從拉脫維亞到格陵蘭島綿延約 3,000 公里，漂浮在 20 到 30 公里高之間。

雖然這種云在南極洲更為常見，但這一事件使研究人員能夠比較兩極之間的云行為。

在第二次校準(zhǔn)和驗(yàn)證研討會(huì)上，人們更加興奮，因?yàn)?EarthCARE 還捕獲了火山噴發(fā)后平流層中的硫酸鹽氣溶膠。這些觀察結(jié)果是更好地了解這些顆粒如何影響氣候的關(guān)鍵。

照亮地球的能源

根據(jù) AGU Advances 最近的一篇文章，地球的能量不平衡現(xiàn)在的增長(zhǎng)速度是預(yù)測(cè)的兩倍。像 EarthCARE 這樣的衛(wèi)星對(duì)于監(jiān)測(cè)這一令人擔(dān)憂的趨勢(shì)至關(guān)重要。

寬帶輻射計(jì) （BBR） 起著至關(guān)重要的作用。它使用三個(gè)角度（向前、向后和向下）以極高的精度測(cè)量反射的陽光和散發(fā)的熱量。此設(shè)置提供了地球反射和發(fā)射的能量的準(zhǔn)確估計(jì)值。

BBR 的測(cè)量有助于評(píng)估輻射傳輸模型——跟蹤電磁能如何在大氣中移動(dòng)的工具。到目前為止，BBR 的熱輻射讀數(shù)與模型預(yù)測(cè)的一致性在 10 W/m2 以內(nèi)，這是一個(gè)令人印象深刻的準(zhǔn)確性水平。

一個(gè)突出的例子發(fā)生在伊比利亞半島一個(gè)月的大雨之后。2025 年 3 月 11 日，EarthCARE 的 DISC 團(tuán)隊(duì)使用 BBR 和 MSI 數(shù)據(jù)捕獲了一個(gè)主要的雷暴系統(tǒng)。

這些詳細(xì)的觀測(cè)結(jié)果有助于科學(xué)家將輻射數(shù)據(jù)與底層云和氣溶膠結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，從而更清楚地了解它們?nèi)绾斡绊懙厍虻哪芰科胶狻?/p>

EarthCARE 從太空檢測(cè)昆蟲

EarthCARE 旨在研究云和氣溶膠，但事實(shí)證明它可以做更多的事情。2025 年 3 月，該衛(wèi)星在印度北部上空探測(cè)到一個(gè) 500 公里長(zhǎng)的昆蟲群。

最初被 CPR 歸類為毛毛雨，ATLID 和 MSI 的進(jìn)一步分析證實(shí)并非如此——沒有云層。

CPR 的雷達(dá)對(duì)雨滴大小的物體很敏感，但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，它還可以檢測(cè)到高處高處的大群昆蟲。與云滴不同，這些昆蟲不會(huì)反射 ATLID 的激光雷達(dá)信號(hào)，因此提供了一種區(qū)分它們的方法。

從軌道上看到的浮游植物

地面雷達(dá)以前曾看到過昆蟲和鳥類，但 EarthCARE 是首批定期探測(cè)蟲群的太空任務(wù)之一。專家們渴望更多地了解正在觀察的物種以及它們的模式如何隨季節(jié)變化。

EarthCARE 的激光雷達(dá)在研究海洋浮游植物方面也顯示出前景。它的 Rayleigh 通道檢測(cè)海面以下的反向散射光。

葉綠素-a 是浮游植物中的一種色素，可吸收與 EarthCARE 相同波長(zhǎng)的紫外線，從而降低瑞利信號(hào)。浮游植物豐富的地區(qū)顯示出較低的信號(hào)，提供了一種從太空監(jiān)測(cè)海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在新方法。

EarthCARE 的第一年展示了在短時(shí)間內(nèi)可以取得的成就。隨著它著眼于云層和更遠(yuǎn)的地方，任務(wù)才剛剛開始。