Skip to content

To bring about breakthroughs in international space research

  • Home
  • Onderzoeksvragen
  • Pijlers
  • Missies
  • Over ons
  • Contact
Home
    Logo van SRON Space Research Organisation Netherlands

    SRON | Space Research Organisation Netherlands

    SRON space research institute

    Logo van SRON Space Research Organisation Netherlands
    • Onderzoeksvragen
    • Pijlers
      • Wetenschap
      • Technologie
      • Instrumentatie
      • Onze mensen
      • Impact
    • Missies
    • Over ons
    • Actueel
    • Contact
    • SRON Academy
    • Werken bij
    • Bezoek aan SRON
    Home
      • Onderzoeksvragen
        • Hoe ontrafelen we de fysica achter zwarte gaten?
        • Hoe kunnen we de zwakste exoplaneten waarnemen?
        • Waar worden broeikasgassen uitgestoten?
        • Hoe speciaal is de aarde in de context van het heelal?
        • Hoe ontstaan en groeien zwarte gaten?
        • Hoe beïnvloeden aerosolen het klimaat?
        • Hoe ontstaan sterren en planeten?
        • Hoe beïnvloedt klimaatverandering het leven op aarde?
      • Pijlers
        • Wetenschap
          • Aardobservatie
            • Methaan
            • Aerosolen en Wolken
            • CO2
            • Koolmonoxide
          • Astrofysica
            • Lage energie
            • Hoge energie
            • Exoplaneten
        • Technologie
        • Instrumentatie
          • Nanotechnologie
          • Cryogenica
          • Optica
          • Electronica
          • PA/QA kwaliteit
          • Mechanica / Realisatie
        • Onze mensen
        • Impact
      • Missies
        • Actief
          • ALMA
          • GUSTO
          • PACE
          • Sentinel-5p
          • SPEX airborne
          • XRISM
        • In ontwikkeling
          • ARIEL
          • LISA
          • Sentinel-5
        • Legacy
          • BeppoSAX
          • STO2
      • Over ons
        • Faciliteiten
        • Geschiedenis
      • Actueel
      • Contact
      • SRON Academy
      • Werken bij
      • Bezoek aan SRON
      donkerblauwe versie van het logo van SRON space research organisation netherlands
      • Privacy policy
      01/02/2019

      Polarimetric remote sensing of atmospheric aerosols: Instruments, methodologies, results, and perspectives

      Polarimetry is one of the most promising types of remote sensing for improved characterization of atmospheric aerosol. Indeed, aerosol particles constitute a highly variable atmospheric component characterized by a large number of parameters describing particle sizes, morphologies (including shape and internal structure), absorption and scattering properties, amounts, horizontal and vertical distribution, etc. Reliable monitoring of all these parameters is very challenging, and therefore the aerosol effects on climate and environment are considered to be among the most uncertain factors in climate and environmental research. In this regard, observations that provide both the angular distribution of the scattered atmospheric radiation as well as its polarization state at multiple wavelengths covering the UV-SWIR spectral range carry substantial implicit information on the atmospheric composition. Therefore, high expectations in improving aerosol characterization are associated with detailed passive photopolarimetric observations.

      The critical need to use space-borne polarimetry for global accurate monitoring of detailed aerosol properties was first articulated in the late 1980s and early 1990s. By now, several orbital instruments have already provided polarization observations from space, and a number of advanced missions are scheduled for launch in the coming years by international and national space agencies. The first and most extensive record of polarimetric imagery was provided by POLDER-I, POLDER-II, and POLDER/PARASOL multi-angle multi-spectral polarization sensors. Polarimetric observations with the POLDER-like design intended for collecting extensive multi-angular multi-spectral measurements will be provided by several instruments, such as the MAI/TG-2, CAPI/TanSat, and DPC/GF-5 sensors recently launched by the Chinese Space Agency. Instruments such as the 3MI/MetOp-SG, MAIA, SpexOne and HARP2 on PACE, POSP, SMAC, PCF, DPC-Lidar, ScanPol and MSIP/Aerosol-UA, MAP/Copernicus CO2 Monitoring, etc. are planned to be launched by different space agencies in the coming decade. The concepts of these future instruments, their technical designs, and the accompanying algorithm development have been tested intensively and analyzed using diverse airborne prototypes. Certain polarimetric capabilities have also been implemented in such satellite sensors as GOME-2/MetOp and SGLI/GCOM-C.

      A number of aerosol retrieval products have been developed based on the available measurements and successfully used for different scientific applications. However, the completeness and accuracy of aerosol data operationally derived from polarimetry do not yet appear to have reached the accuracy levels implied by theoretical sensitivity studies that analyzed the potential information content of satellite polarimetry. As a result, the dataset provided by MODIS is still most frequently used by the scientific community, yet this sensor has neither polarimetric nor multi-angular capabilities. Admittedly polarimetric multi-angular observations are highly complex and have extra sensitivities to aerosol particle morphology, vertical variability of aerosol properties, polarization of surface reflectance, etc. As such, they necessitate state-of-the-art forward modeling based on first-principles physics which remains rare, and conventional retrieval approaches based on look-up tables turn out to be unsuitable to fully exploit the information implicit in the measurements. Several new-generation retrieval approaches have recently been proposed to address these challenges. These methods use improved forward modeling of atmospheric (polarized) radiances and implement a search in the continuous space of solutions using rigorous statistically optimized inversions. Such techniques provide more accurate retrievals of the main aerosol parameters such as aerosol optical thickness and yield additional parameters such as aerosol absorption. However, the operational implementation of advanced retrieval approaches generally requires a significant extra effort, and the forward-modeling part of such retrievals still needs to be substantially improved.

      Ground-based passive polarimetric measurements have also been evolving over the past decade. Although polarimetry helps improve aerosol characterization, especially of the fine aerosol mode, the operators of major observational networks such as AERONET remain reluctant to include polarimetric measurements as part of routine retrievals owing to their high complexity and notable increase in effort required to acquire and interpret polarization data.

      In addition to remote-sensing observations, polarimetric characteristics of aerosol scattering have been measured in situ as well as in the laboratory using polar nephelometers. Such measurements constitute direct observations of single scattering with no contributions from multiple scattering effects and therefore provide unique data for the validation of aerosol optical models and retrieval concepts.

      This article overviews the above-mentioned polarimetric observations, their history and expected developments, and the state of resulting aerosol products. It also discusses the main achievements and challenges in the exploitation of polarimetry for the improved characterization of atmospheric aerosols.

      een modern kantoorgebouw van 4 verdiepingen met verlichting op de begane grond en een kleine sonderafschietraket voor het gebouw

      Leiden

      Niels Bohrweg 4
      2333 CA Leiden
      The Netherlands
      +31 (0)88 777 56 00

      een nieuw en modern gebouw van vier verdiepingen in lichtgrijze kleur met mensen die ervoor lopen

      Groningen

      Landleven 12
      9747 AD Groningen
      The Netherlands
      +31 (0)50 363 40 74

      • Onderzoeksvragen
      • Pijlers
        • Wetenschap
        • Technologie
        • Instrumentatie
        • Onze mensen
        • Impact
      • Missies
      • Over ons
      • Actueel
      • Contact
      • Nieuwsbrief
      SRON on bluesky SRON on Instagram SRON on LinkedIn

      Niels Bohrweg 4
      2333 CA Leiden
      The Netherlands
      +31 (0)88 777 56 00

      Landleven 12
      9747 AD Groningen
      The Netherlands
      +31 (0)50 363 40 74

      NWO-I

      SRON is onderdeel van de institutenorganisatie van NWO-I

      • Privacy policy
      Logo van SRON Space Research Organisation Netherlands

      What happens up there, starts down here.

      Beheer toestemming
      Om de beste ervaringen te bieden, gebruiken wij technologieën zoals cookies om informatie over je apparaat op te slaan en/of te raadplegen. Door in te stemmen met deze technologieën kunnen wij gegevens zoals surfgedrag of unieke ID's op deze site verwerken. Als je geen toestemming geeft of uw toestemming intrekt, kan dit een nadelige invloed hebben op bepaalde functies en mogelijkheden.
      Functioneel Altijd actief
      De technische opslag of toegang is strikt noodzakelijk voor het legitieme doel het gebruik mogelijk te maken van een specifieke dienst waarom de abonnee of gebruiker uitdrukkelijk heeft gevraagd, of met als enig doel de uitvoering van de transmissie van een communicatie over een elektronisch communicatienetwerk.
      Voorkeuren
      De technische opslag of toegang is noodzakelijk voor het legitieme doel voorkeuren op te slaan die niet door de abonnee of gebruiker zijn aangevraagd.
      Statistieken
      De technische opslag of toegang die uitsluitend voor statistische doeleinden wordt gebruikt. De technische opslag of toegang die uitsluitend wordt gebruikt voor anonieme statistische doeleinden. Zonder dagvaarding, vrijwillige naleving door je Internet Service Provider, of aanvullende gegevens van een derde partij, kan informatie die alleen voor dit doel wordt opgeslagen of opgehaald gewoonlijk niet worden gebruikt om je te identificeren.
      Marketing
      De technische opslag of toegang is nodig om gebruikersprofielen op te stellen voor het verzenden van reclame, of om de gebruiker op een site of over verschillende sites te volgen voor soortgelijke marketingdoeleinden.
      • Beheer opties
      • Beheer diensten
      • Beheer {vendor_count} leveranciers
      • Lees meer over deze doeleinden
      Bekijk voorkeuren
      • {title}
      • {title}
      • {title}