SRON-onderzoekers publiceren hun eerste meetresultaten van SPEX airborne, een spectropolarimeter om fijnstof (aerosolen) te meten. De polarisatiemetingen aan boord van NASA’s onderzoeksvliegtuig ER2 blijken boven verwachting nauwkeurig, met een gemiddelde maximale afwijking van 0,5% ten opzichte van referentiedata. Publicatie in Applied Optics.

(English follows Dutch)

Dat is een belangrijk resultaat omdat een ruimteversie van de spectropolarimeter–SPEXone–in 2022 feilloos werk zal moeten verrichten op ruimtemissie PACE van NASA. Het SPEX-concept is ook een kanshebber voor een plekje op de toekomstige Europese CO2-ruimtemissie.

Onbekende variabele

Het is bekend dat aerosolen een sterke invloed op het klimaat hebben. Als er veel woestijnzand in de atmosfeer zit, dan leidt dat tot afkoeling omdat zonlicht terug de ruimte in wordt gereflecteerd. Maar aerosolen kunnen ook een opwarmend effect hebben. Of ze een koelend of opwarmend effect hebben hangt af van hun microfysische eigenschappen. Het is zaak om die eigenschappen zo nauwkeurig mogelijk te bepalen. Bovendien kunnen aerosolen metingen vanuit de ruimte verstoren, zoals metingen die de PACE-missie gaat doen aan oceaankleur en de samenstelling van broeikasgassen.

Atmosfeeronderzoekers hebben nieuwe meetinstrumenten nodig om meer grip te krijgen op onzekerheden door aerosol. Op initiatief van SRON-onderzoeker Otto Hasekamp hebben meerdere meetinstrumenten voor aerosol daarom eind 2017 samen op een onderzoeksvliegtuig van NASA gevlogen. Tijdens deze zogenoemde ACEPOL-campagne konden wetenschappers van verschillende groepen hun instrumenten kalibreren en vergelijken. SPEX airborne was een van deze instrumenten.

Polarisatiegraad en spectrum

SPEX airborne kijkt vanuit het vliegtuig in negen vaste kijkhoeken naar beneden en verzamelt over dat blikveld een spectraal plaatje van het gereflecteerde zonlicht, inclusief de polarisatiegraad. Op de ACEPOL-campagne vlogen Amerikaanse instrumenten mee: Air Multiangle Spectro-Polarimetric Imager (AirMSPI) en Research Scanning Polarimeter (RSP) en de instrumenten Cloud Physics Lidar (CPL) en de High Spectral Resolution Lidar (HSRL). Dit gaf de gelegenheid om de metingen van SPEX airborne te vergelijken met soortgelijke metingen om zo een indruk te krijgen van de kwaliteit van SPEX-data.

SRON-onderzoeker Martijn Smit: ‘In vergelijking met het RSP-instrument van NASA, dat dankzij veel vlieguren al een gedemonstreerde nauwkeurigheid heeft voor polarisatiegraad, wijken de polarisatiemetingen van SPEX airborne gemiddeld maximaal 0,5 procent af. Dat is boven onze verwachting dus daar zijn we heel erg blij mee.’ Ook laat de ACEPOL-campagne zien dat SPEX als systeem stabiel functioneert. De resultaten van de campagne zijn onlangs gepubliceerd in Applied Optics.

SPEXone

Met de kalibratiegegevens en datavergelijkingen uit de ACEPOL-campagne op zak, kunnen atmosfeeronderzoekers modellen maken die de waarnemingen van SPEXone betekenis gaan geven, zodat we conclusies kunnen trekken over aerosolen; hoeveel aerosolen er zijn, wat hun gemiddelde grootte is, of ze straling reflecteren of juist absorberen en of ze grofweg bolvormig zijn of eerder wat ellipsvormig.

————————————————————————————————–

————————————————————————————————–

SPEX project gets wings: first measurements SPEX airborne published

SRON researchers have published their first results of SPEX airborne–a spectrocalorimeter to measure aerosols. The polarization measurements onboard NASA’s research aircraft ER2 prove to be accurate beyond expectations, with an average maximum deviation of 0.5% from reference data. Publication in Applied Optics.

This is an important result because the space version of the spectrocalorimeter–SPEXone–will have to perform flawlessly in 2022 on space mission PACE from NASA. The SPEX concept is also a contender to be part of the future European CO2 space mission.

Unknown variable

Aerosols are known to have a strong influence on the climate. If there is a lot of desert sand in the atmosphere, this leads to cooling because sunlight is reflected back into space. But aerosols can also have a warming effect. Whether they have a cooling or warming effect depends on their microphysical properties. It is important to determine these properties as accurately as possible. In addition, aerosols can interfere with measurements from space, such as those from the PACE mission on ocean color and composition of greenhouse gases.

Atmospheric researchers need new instruments to get a better grip on uncertainties due to aerosols. SRON researcher Otto Hasekamp took the initiative for a campaign on which several aerosol instruments fly together on a NASA research aircraft. This took place at the end of 2017. During this so-called ACEPOL campaign, scientists from different groups were able to calibrate and compare their instruments. SPEX airborne was one of these instruments.

Polarization and spectrum

SPEX airborne looks down from the air in nine fixed viewing angles and collects a spectral image of the reflected sunlight, including the degree of polarization. The ACEPOL campaign also includes American instruments: Air Multiangle Spectro-Polarimetric Imager (AirMSPI), Research Scanning Polarimeter (RSP), Cloud Physics Lidar (CPL) and High Spectral Resolution Lidar (HSRL). This provided the opportunity to compare SPEX airborne measurements to similar data, in order to get an impression of the quality.

SRON researcher Martijn Smit: ‘Compared to NASA’s RSP instrument, that already has a demonstrated accuracy thanks to many flight hours, the measurements of SPEX airborne deviate on average by a maximum of 0.5%. That exceeds our expectations so we are very happy about that.’ The ACEPOL campaign also shows that SPEX functions stably as a system. The first results of the campaign have been published in Applied Optics.

SPEXone

Using the calibration data and the data comparisons from the ACEPOL campaign, atmospheric researchers can create models that will provide meaning to future SPEXone observations. This allows us to draw conclusions on aerosols: the amount, the average size, whether they reflect or absorb radiation and whether they are roughly spherical or rather elliptical.