Valutare i profili degli aerosol a livello globale
Gli aerosol sono minuscole particelle sospese nell’atmosfera terrestre che si ripercuotono in modo significativo sul clima a livello globale. Essi interagiscono con la radiazione solare e risultano di fondamentale importanza per la formazione delle nuvole. Queste minuscole particelle provengono da svariate fonti di tipo naturale e artificiale, come i deserti e le industrie. La variabilità nella loro formazione, nonché in termini temporali e spaziali, rappresenta una sfida significativa per gli scienziati che si prefiggono di monitorarli e caratterizzarli. «Le particelle di aerosol costituiscono pertanto una delle principali ragioni di incertezza nelle previsioni climatiche», spiega Daniel Perez-Ramirez, ricercatore presso il dipartimento di Fisica applicata dell’Università di Granada e coordinatore del progetto GRASP-ACE. Nell’ambito del progetto GRASP-ACE, finanziato dall’UE, i ricercatori hanno cercato di ridurre le incertezze relative a queste particelle sviluppando un codice open source in grado di combinare le misurazioni degli aerosol ricavate mediante l’impiego di diversi strumenti spaziali, tra cui la tecnologia LIDAR (light detection and ranging, ovvero rilevamento e localizzazione tramite luce), di concezione relativamente recente, che utilizza i laser per misurare gli oggetti.
Un codice open source per il telerilevamento
GRASP, acronimo di Generalized Retrieval of Atmospheric and Surface Properties (letteralmente recupero generalizzato delle proprietà atmosferiche e superficiali), è un codice open source in grado di combinare diverse misurazioni effettuate tramite telerilevamento sensibili alle proprietà ottiche di aerosol e superfici. Sebbene GRASP sia stato utilizzato con successo in passato, l’avvento della tecnologia LIDAR spaziale apre nuove possibilità in tal ambito. Questa tecnica di telerilevamento attivo, infatti, consente di caratterizzare l’atmosfera a livello verticale tramite l’utilizzo di laser pulsati e di un metodo di rilevamento elettronico avanzato. La tecnologia LIDAR, tuttavia, presenta alcuni limiti in relazione alla derivazione delle proprietà microfisiche dell’atmosfera, in particolare degli aerosol.
LIDAR a lunghezza d’onda multipla o singola per identificare le proprietà microfisiche degli aerosol
Il progetto GRASP-ACE, realizzato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, ha studiato a fondo la possibilità di ricavare le proprietà microfisiche degli aerosol avvalendosi solamente di misurazioni LIDAR a più lunghezze d’onda. «Abbiamo rivelato la necessità di applicare vincoli a priori sulle varie tipologie di aerosol, un’esigenza che limita la possibilità di caratterizzarli in modo esaustivo a livello globale», osserva Perez-Ramirez. «Inoltre, le misurazioni LIDAR a più lunghezze d’onda sono molto complesse e costose da realizzare, il che ne limita l’applicabilità al fine di ottenere serie di dati estese», aggiunge. Il team di GRASP-ACE ha quindi esplorato l’uso della tecnica LIDAR a singola lunghezza d’onda in combinazione con il telerilevamento passivo, come la polarimetria (che misura la polarizzazione della luce solare) per le misurazioni spaziali e la fotometria solare (che misura la luce del sole) per le misurazioni terrestri. «Utilizzando il codice GRASP per combinare le misurazioni LIDAR con altre di telerilevamento passivo, è possibile ottenere le proprietà microfisiche degli aerosol a livello verticale», osserva Perez-Ramirez. Dato che il LIDAR a singola lunghezza d’onda è una tecnologia molto più semplice ed economica, ciò ridurrà il costo associato alle future missioni spaziali volte all’analisi degli aerosol.
Nuove possibilità di misurazione degli aerosol
«Il nostro progetto ha raggiunto un importante risultato, ovvero la possibilità di combinare misurazioni LIDAR e polarimetriche spaziali per ottenere le proprietà degli aerosol a livello verticale, il che sino ad ora non era fattibile», spiega Perez-Ramirez. «Particolarmente importante risulterà la possibilità di caratterizzare la distribuzione dimensionale degli aerosol e le loro proprietà di assorbimento», aggiunge. In seguito alla diffusione dei promettenti risultati realizzati dal progetto ne è stato approvato uno di follow-up, anch’esso finanziato dall’UE, ovvero GRASP-SYNERGY. Il suo obiettivo sarà quello di combinare le informazioni ricavate da diversi sensori spaziali utilizzando l’algoritmo GRASP. La ricerca andrà a sostegno della prossima missione spaziale chiamata Atmosphere Observing System (AOS), che verrà condotta dalla NASA in collaborazione con altre agenzie spaziali ed è prevista per il 2029. L’algoritmo GRASP offre un modo per ridurre i costi di questa missione, grazie alla possibilità di integrare le informazioni della tecnologia LIDAR a singola lunghezza d’onda, con costi inferiori. «L’architettura della missione prevede la combinazione di LIDAR e polarimetria, rendendo in tal modo GRASP un elemento fondamentale per l’ottimizzazione e il successo della stessa», conclude Perez-Ramirez.
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