L'elevata sensibilità della superficie Aeolus UV restituisce la riflettività superficiale
Scientific Reports volume 13, numero articolo: 17552 (2023) Citare questo articolo
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Le climatologie globali della riflettività superficiale dell'ultravioletto (UV) sono tutte composte da osservazioni di telerilevamento passivo della luce diurna della luce UV riflessa, generalmente integrate su una distribuzione di direzioni di riflessione ottenibili. Abbiamo scoperto la sensibilità dei ritorni superficiali del lidar Aeolus (LSR) alle caratteristiche della superficie, fornendo la prima prova che il telerilevamento attivo può essere utilizzato efficacemente per recuperare la riflettività superficiale UV unidirezionale su scala globale. L’LSR riproduce i cambiamenti mensili della riflettività superficiale nel Sahara, che sono visibili nelle climatologie della Riflettività Equivalente Lambertiana (LER) di TROPOMI e GOME-2. Correlazioni molto elevate (r > 0,90) tra LSR grigliato e climatologie LER sono riportate su scala globale e regionale per 36 diverse regioni. Dal segnale Aeolus LSR si distinguono tre chiari gradienti di copertura del suolo: (1) acqua/terra, (2) vegetazione/aree aride e (3) assenza di neve/neve. Il segnale LSR più forte è stato recuperato sulla neve, mentre sulla vegetazione abbiamo trovato un moderato accordo negativo (r < - 0,60) tra LSR e proxy dell'indice di vegetazione. Nel complesso, è stato dimostrato il successo del primo metodo di telerilevamento attivo per recuperare la riflettività superficiale UV unidirezionale utilizzando Aeolus. Il nostro approccio può essere utilizzato efficacemente per rilevare terreni irrisolti e, soprattutto, cambiamenti della copertura nevosa alle alte latitudini perché, a differenza degli strumenti passivi, Aeolus ha fornito anche osservazioni notturne.
La conoscenza limitata delle caratteristiche di riflettività superficiale alle lunghezze d'onda ultraviolette (UV) è stata fonte di risultati contrastanti in studi precedenti1. Questo divario è particolarmente preoccupante poiché abbiamo bisogno di conoscere le caratteristiche di riflettanza della superficie UV per comprendere l’esposizione umana ai raggi UV e per ottenere stime accurate della profondità ottica dell’aerosol a 355 nm2. Ancora più importante, le informazioni sulla riflettività superficiale sono un prerequisito per qualsiasi applicazione che richieda un'accurata modellazione del trasferimento radiativo come il telerilevamento spaziale di gas in tracce, aerosol/nuvole o modelli di trasporto chimico. Oltre a ciò, le forti caratteristiche di riflettanza superficiale delle superfici bianche alla lunghezza d'onda UV3,4 svelano il potenziale per il rilevamento di superfici nevose o addirittura la classificazione del tipo di neve (vecchio/nuovo) se una mappa di riflettanza superficiale UV accurata e ad alta risoluzione può essere generato. Queste informazioni sono essenziali per evitare un albedo della neve5 sottostimato, che può influenzare negativamente gli strumenti di telerilevamento passivi alle alte latitudini.
Nonostante la necessità di stime accurate dell’albedo superficiale per gli studi climatici e la ricerca atmosferica, la nostra comprensione della riflettività superficiale su scala globale nella banda spettrale UV rimane limitata. Ad oggi, tutti gli studi di telerilevamento si sono basati su strumenti passivi per recuperare le caratteristiche di riflettività superficiale negli UV, che utilizzano il sole e la relativa radiazione atmosferica come fonte di luce per il recupero. Ad esempio, le climatologie della Riflettività Equivalente Lambertiana (LER) generate utilizzando tali metodi contengono errori sostanziali, derivanti dalla necessità di applicare la correzione atmosferica, infliggendo effetti più negativi a lunghezze d'onda più corte3. Queste climatologie non tengono conto delle osservazioni effettuate dalle regioni ad alta latitudine durante la notte polare e si basano su osservazioni su tutti gli angoli emisferici solidi, richiedendo ipotesi sul tipo di riflettanza lambertiana. Studi precedenti hanno indicato che queste carenze e ipotesi possono essere alleviate dal telerilevamento attivo come il sondaggio lidar6, che beneficia del piccolo campo visivo, quello stabile; sorgente di luce unidirezionale dal laser utilizzato e angolo di visione costante delle osservazioni. Inoltre, le osservazioni lidar possono fornire caratteristiche unidirezionali della riflettività superficiale come la retrodiffusione attenuata dalla superficie (sr−1)7 senza ipotesi sull'eterogeneità e l'isotropia della superficie orizzontale sottostante richieste per gli strumenti passivi1.