Il fumo degli incendi boschivi estremi sulla costa occidentale degli Stati Uniti nel settembre 2020 ha viaggiato per molte migliaia di chilometri fino all'Europa centrale, dove ha continuato a influenzare l'atmosfera per giorni dopo. Un confronto tra le misurazioni terrestri e satellitari ora mostra:L'aerosol dell'incendio boschivo ha disturbato la libera troposfera sopra Lipsia in Germania come mai prima d'ora. Una valutazione di un team di ricerca internazionale guidato dal Leibniz Institute for Troposspheric Research (TROPOS) ha rivelato uno straordinario spessore ottico l'11 settembre 2020, che attenuava di un terzo la luce solare. Lo studio, pubblicato in Lettere di ricerca geofisica, è la prima pubblicazione a dimostrare che il nuovo satellite Aeolus dell'ESA può non solo misurare in modo affidabile i profili del vento globale, ma anche gli aerosol nell'atmosfera, come è stato dimostrato confrontando le misurazioni di Aeolus con le misurazioni di lidar da terra. Il Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) dell'Università di Tolosa, Nello studio sono stati coinvolti il ​​Centro aerospaziale tedesco (DLR) e l'Agenzia spaziale europea (ESA).

Da agosto 2018 un nuovo tipo di satellite di ricerca sta orbitando intorno alla Terra, prende il nome da un dio del vento greco:Eolo. L'obiettivo di Aeolus è misurare attivamente il vento dallo spazio e quindi migliorare le previsioni meteorologiche. A bordo di questo satellite dell'Agenzia spaziale europea (ESA) si trova l'Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN), un laser ad alte prestazioni. ALADIN è il primo strumento nello spazio in grado di misurare attivamente i profili verticali della velocità del vento. Utilizza il principio di un radar luminoso (in breve:Lidar da "Light Detection And Ranging"). Viene emesso un segnale e il riflesso fornisce informazioni su posizione e distanza. L'effetto Doppler viene quindi utilizzato per misurare la velocità del vento a diverse altezze nell'atmosfera.

Per convalidare le misurazioni laser nello spazio, vengono confrontati con misurazioni laser da terra. Diversi gruppi di ricerca tedeschi sono coinvolti in questo sforzo nell'ambito dell'iniziativa EVAA (Experimental Validation and Assimilation of Aeolus osservazioni). TROPOS, Per esempio, misura con i suoi dispositivi lidar ogni venerdì sera e domenica mattina quando il satellite Aeolus sorvola Lipsia. I dati dal suolo e dallo spazio possono quindi essere confrontati. L'11 settembre 2020, ciò ha portato alla rara costellazione che lo straordinario pennacchio di fumo degli incendi boschivi californiani potesse essere misurato su Lipsia contemporaneamente dal suolo e dallo spazio.

"Utilizzando la rivoluzionaria tecnologia laser, Aeolus è attualmente l'unico satellite al mondo in grado di misurare i profili della velocità orizzontale del vento, nonché la retrodiffusione e l'estinzione di aerosol e nuvole in modo indipendente. Il satellite fornisce quindi preziose informazioni sulle proprietà radiative di questi aerosol di fumo, " sottolinea il dottor Sebastian Bley di TROPOS, che è stato coinvolto nel progetto Aeolus presso il centro di ricerca ESRIN dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA) negli ultimi tre anni. "Si prevede che questa configurazione unica contribuirà a migliorare le previsioni di tale dispersione globale di fumo, ma anche del tempo in generale".

A settembre 2020, il calore degli incendi boschivi estremi sulla costa occidentale degli Stati Uniti ha trasportato il fumo ad alta quota. Una volta in alto, è stato poi trasportato con la corrente a getto attraverso il Nord America e l'Atlantico in Europa. A Lipsia, Germania, lo strato di fumo è apparso a un'altitudine di circa 12 chilometri la mattina dell'11.09.2020 ed è sceso a un'altitudine di circa 5 chilometri nel corso della giornata. Ciò è dimostrato dai dati del lidar PollyXT a TROPOS. Le misurazioni Lidar a Lipsia hanno confermato la forte attenuazione della luce solare diretta questo venerdì:"È stata, misurata dallo spessore ottico dell'aerosol (AOT), la più forte influenza dell'aerosol degli incendi boschivi sulla troposfera libera sopra Lipsia mai osservata dall'inizio del regolare osservazioni lidar nel 1997, " riferisce il Dr. Holger Baars di TROPOS.

"La troposfera libera è la regione dell'atmosfera in cui si verifica il clima, ma l'influenza diretta dal suolo è bassa. Siamo stati in grado di stimare una concentrazione di massa media di aerosol di incendi boschivi di 8 microgrammi per metro cubo tra 4 e 11 km altitudine. Al culmine era addirittura di 22 microgrammi per metro cubo, una cosa piuttosto notevole per queste altitudini". Sabato e domenica sono state giornate nebbiose nonostante il cielo senza nuvole. L'indice UV dell'Ufficio federale della radioprotezione (BfS), tra gli altri, ha anche mostrato quanto fortemente gli strati di fumo abbiano smorzato la radiazione solare in Sassonia:la stazione TROPOS di Melpitz vicino a Torgau ha registrato circa un quarto in meno di radiazioni UV a mezzogiorno del 20 settembre rispetto a quanto sarebbe stato possibile sotto il cielo sereno. Lo stato insolito dell'atmosfera era particolarmente suggestivo al tramonto con una caratteristica luce giallo latte.

I ricercatori sono stati in grado di confermare l'origine del fumo utilizzando un modello al computer:la simulazione all'indietro dimostra che le masse d'aria arrivate a mezzogiorno dell'11 settembre a un'altitudine di 8,5 km sopra Lipsia provenivano dalla costa occidentale del Nord America, dove giorni prima si erano verificati intensi incendi. La frequenza e l'intensità degli incendi in California hanno continuato ad aumentare durante la prima settimana di settembre, come mostrano le immagini satellitari. Incendi leggermente più deboli sono stati osservati in Oregon, Washington e Montana. "A causa dei venti prevalenti, il tempo di percorrenza del fumo dalla costa occidentale degli Stati Uniti all'Europa è stato di soli 3 o 4 giorni circa. Le masse d'aria hanno persino percorso ad alta velocità i circa 3000 chilometri attraverso l'Oceano Atlantico tra Terranova e l'Irlanda in un solo giorno (9 settembre), " spiega Martin Radenz di TROPOS.

I satelliti per l'osservazione della Terra sono diventati uno strumento importante per la ricerca ambientale negli ultimi decenni, documentare il cambiamento climatico a livello globale. Però, la necessità di dati continui da un lato e la durata limitata dei satelliti dall'altro pongono grandi sfide alla ricerca:"Misurare il rapporto lidar (una misura del comportamento di retrodiffusione e quindi un'indicazione del tipo di aerosol) con Aeolus direttamente dallo spazio è una novità e catapulta la ricerca sulle interazioni aerosol-nube in una nuova era, " sottolinea la dott.ssa Ulla Wandinger. "I risultati qui presentati mostrano che Aeolus è parzialmente in grado di colmare il divario tra la missione CALIPSO della NASA, che è in fase di esaurimento, e la prossima missione EarthCARE."

EarthCARE è una missione congiunta giapponese-europea che mira a studiare gli effetti delle nuvole e delle particelle di aerosol sul bilancio delle radiazioni della Terra. Il lancio del satellite è previsto per l'inizio del 2023. "Aeolus è stato progettato per misurare il vento. Il fatto che fornisca anche dati sulle particelle è un sottoprodotto molto gradito. Tuttavia, in situazioni in cui la composizione degli strati di aerosol è meno chiara, sarebbe utile poter misurare anche la polarizzazione. Poiché la luce laser viene ruotata in modo diverso quando viene riflessa sulla polvere minerale, cenere vulcanica o aerosol di incendi boschivi, è più facile determinare dove si originano le particelle che influenzano la radiazione solare e la formazione delle nubi. EarthCARE (nuvole di terra, Aerosol e Radiation Explorer) saranno in grado di farlo. Teniamo quindi le dita incrociate anche per questo satellite, " dice la dottoressa Ulla Wandinger. Tilo Arnhold