EarthCARE 卫星正在帮助科学家解开云和气溶胶的奥秘，这些奥秘长期以来一直困扰着我们对地球能量平衡的理解。

EarthCARE（地球云、气溶胶和辐射探测器）是欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构的联合项目。这颗卫星的昵称是 Hakuryu，意思是“白龙”，这颗卫星的制作时间超过了二十年。

5 月 29 日的发射令人伤脑筋，但当 EarthCARE 升入轨道时，它标志着欧洲航天局最复杂的地球探测器卫星之一翻开了新的篇章。

EarthCARE 于 2025 年 5 月 29 日从加利福尼亚州范登堡太空基地乘坐 SpaceX 猎鹰 9 号火箭升空。 视频ESA/SpaceX

四种仪器，一项任务

在一颗卫星上发射四台仪器并非易事。首先是由 JAXA 开发的云剖析雷达 （CPR），它使科学家能够首次从太空看到云的内部并了解其内部动态。

宽带辐射计 （BBR） 紧随其后，旨在提供对地球能量预算的见解。然后是提供云背景的多光谱成像仪 （MSI） 和大气激光雷达 （ATLID），用于追踪从海浪到云顶的颗粒。

在几个月内，所有仪器都协调一致地工作。它们共同测量云和气溶胶如何加热或冷却大气层——这是完善天气预报和气候模型的重要信息。

国际合作共赢

这颗卫星的成功不仅取决于技术，还取决于国际合作。ESA 和 JAXA 与 9 个国家/地区的 16 个组织合作。

EarthCARE 数据、创新和科学集群 （DISC） 处理数据，为科学家和预报员创造有用的产品。

数百名研究人员还参与了校准和验证工作，从北极前往佛得角，甚至航行大西洋以确保数据准确性。

在 2025 年 3 月举行的第二届在轨 ESA-JAXA 校准和验证研讨会上，研究人员分享了有希望的早期结果，证实了辛勤工作得到了回报。

EarthCARE 进入太空的第一年

EarthCARE 的轨道距离地球约 400 公里。这种低高度是有代价的——由于太空天气、大气阻力和重力，卫星会慢慢螺旋下降。

尽管最初的任务计划为三年，但根据太阳能活动和批准，它有望持续更长时间。

即使在第一年，EarthCARE 就产生了真正的影响。2025 年 1 月，1 级数据公开。到春季，2 级数据发布，科学家在 10 个月内获得了 33 种产品中的 26 种。

数据改变天气预报

预报员很快开始将 EarthCARE 数据纳入天气模型。目标：减少偏差并改进预测。根据 DISC 合作伙伴 ECMWF 的说法，早期结果令人鼓舞。

EarthCARE 在多个案例研究中改进了对云位置、中层对流、云量和遮挡锋面位置的预测。

科学家们还发现，EarthCARE 数据增强了野火烟雾跟踪，并提供了迄今为止最精确的空气质量预测。ECMWF 旨在将 EarthCARE 数据整合到业务预报中，继 Aeolus 卫星取得成功之后，该卫星携带了类似的激光雷达仪器。

与此同时，世界各地的研究人员正在使用 EarthCARE 的独特测量技术对大气过程获得新的见解。

EarthCARE 捕获极地云

EarthCARE 的 1 级数据一可用，科学家们就被其对极地平流层云 （PSC） 的惊人观测所吸引。

这些高海拔云罕见而美丽，在极地天空中呈现出彩虹色。EarthCARE 捕获了一条罕见的“II 型”PSC 带，从拉脱维亚到格陵兰岛绵延约 3,000 公里，漂浮在 20 到 30 公里高之间。

虽然这种云在南极洲更为常见，但这一事件使研究人员能够比较两极之间的云行为。

在第二次校准和验证研讨会上，人们更加兴奋，因为 EarthCARE 还捕获了火山喷发后平流层中的硫酸盐气溶胶。这些观察结果是更好地了解这些颗粒如何影响气候的关键。

照亮地球的能源

根据 AGU Advances 最近的一篇文章，地球的能量不平衡现在的增长速度是预测的两倍。像 EarthCARE 这样的卫星对于监测这一令人担忧的趋势至关重要。

宽带辐射计 （BBR） 起着至关重要的作用。它使用三个角度（向前、向后和向下）以极高的精度测量反射的阳光和散发的热量。此设置提供了地球反射和发射的能量的准确估计值。

BBR 的测量有助于评估辐射传输模型——跟踪电磁能如何在大气中移动的工具。到目前为止，BBR 的热辐射读数与模型预测的一致性在 10 W/m² 以内，这是一个令人印象深刻的准确性水平。

一个突出的例子发生在伊比利亚半岛一个月的大雨之后。2025 年 3 月 11 日，EarthCARE 的 DISC 团队使用 BBR 和 MSI 数据捕获了一个主要的雷暴系统。

这些详细的观测结果有助于科学家将辐射数据与底层云和气溶胶结构联系起来，从而更清楚地了解它们如何影响地球的能量平衡。

EarthCARE 从太空检测昆虫

EarthCARE 旨在研究云和气溶胶，但事实证明它可以做更多的事情。2025 年 3 月，该卫星在印度北部上空探测到一个 500 公里长的昆虫群。

最初被 CPR 归类为毛毛雨，ATLID 和 MSI 的进一步分析证实并非如此——没有云层。

CPR 的雷达对雨滴大小的物体很敏感，但科学家们发现，它还可以检测到高处高处的大群昆虫。与云滴不同，这些昆虫不会反射 ATLID 的激光雷达信号，因此提供了一种区分它们的方法。

从轨道上看到的浮游植物

地面雷达以前曾看到过昆虫和鸟类，但 EarthCARE 是首批定期探测虫群的太空任务之一。专家们渴望更多地了解正在观察的物种以及它们的模式如何随季节变化。

EarthCARE 的激光雷达在研究海洋浮游植物方面也显示出前景。它的 Rayleigh 通道检测海面以下的反向散射光。

叶绿素-a 是浮游植物中的一种色素，可吸收与 EarthCARE 相同波长的紫外线，从而降低瑞利信号。浮游植物丰富的地区显示出较低的信号，提供了一种从太空监测海洋生态系统的潜在新方法。

EarthCARE 的第一年展示了在短时间内可以取得的成就。随着它着眼于云层和更远的地方，任务才刚刚开始。