Europska misija EarthCARE već ostvaruje ono zbog čega je dizajnirana: mjeri i računa, istodobno i u istom “kadriranju” iz orbite, kako oblaci i atmosferski aerosoli mijenjaju Zemljinu energetsku ravnotežu – onu presudnu razliku između Sunčeve energije koja ulazi u sustav i toplinskog zračenja koje Zemlja vraća natrag u svemir. Upravo to je slaba točka dosadašnjih klimatskih modela: oblaci i aerosoli jesu globalno “rashladni”, ali njihove mikro-i makro-interakcije sa Sunčevim zračenjem i s infracrvenim zračenjem s površine i iz atmosfere iznimno su složene, promjenjive i nedovoljno kvantificirane. EarthCARE tu prazninu popunjava svrhovito, kombinacijom četiri instrumenta koja rade sinkronizirano iz iste orbite i s istom geometrijom snimanja, omogućujući “zatvaranje radijacijskog računa” (radiative closure) – provjeru slažu li se izračunati tokovi zračenja na vrhu atmosfere s onim što satelit izravno izmjeri.

Zašto baš oblaci i aerosoli određuju granicu mogućeg u prognozama klime

Najveće neizvjesnosti u projekcijama budućeg zatopljenja ne proizlaze iz fizike ugljikova dioksida, metana ili dušikovog(ih) oksida – te su relacije vrlo dobro poznate – nego iz toga kako će se ponašati oblaci i aerosoli dok se klima mijenja. Male promjene u pokrovu niskih oblaka nad oceanima, u vertikalnoj raspodjeli ledenih oblaka, u veličini i broju kapljica te u miješanju dima, prašine i morskog aerosola s oblacima mogu “nagnuti vagu” energetskog budžeta prema dodatnom zagrijavanju ili hlađenju. Ako bi se, primjerice, smanjio udio niskih stratokumulusa iznad hladnih oceana, više bi Sunčeve energije dospjelo do površine i pojačalo bi se zatopljenje. S druge strane, više aerosola koji stvaraju brojnije, sitnije kapljice može pojačati refleksiju Sunčeva zračenja i produžiti životni vijek oblaka, što hladi. No količine antropogenog aerosola brzo se mijenjaju: industrijske emisije sumpora u mnogim su regijama opale, dok su epizode ekstremnih požara posljednjih godina ubacile u atmosferu goleme količine dima. Ključno je zato mjeriti i odvojiti (a) što je u oblaku, (b) kakav je aerosol i (c) kako cijela trodimenzionalna scena utječe na tokove zračenja – i to gotovo u istom trenutku.

Četiri instrumenta, jedna scena: kako EarthCARE spaja vertikalu i “široku sliku”

EarthCARE (Earth Cloud, Aerosol and Radiation Explorer) kao zajednički projekt ESA-e i JAXA-e lansiran je u svibnju 2024. i nosi četiri specijalizirana instrumenta koji rade u jedinstvenoj sinergiji:

• ATLID – UV lidar visoke spektralne razlučivosti koji “osjeća” tanke oblake i aerosole, te razlučuje molekularni (Rayleigh) i čestični (Mie) povratni signal. Time daje dubinu optičke debljine i visinsku strukturu slojeva.


• CPR – W-pojasni radarski profilograf oblaka s Dopplerovom sposobnošću, osjetljiv na oblake i oborinu (kapljice i kristale), uključujući brzinu padanja snijega i kiše. On “vidi” ispod slojeva koji priguše lidar.


• MSI – multispektralni imager koji daje horizontalni kontekst u više kanala, prepoznaje vrste oblaka i pomaže u procjeni veličine čestica, optičke debljine i albeda na razini piksela.


• BBR – širokopojasni radiometar s tri kuta gledanja (fore, nadir, aft) koji mjeri ukupne izlazne tokove zračenja (odbijeno kratkovalno i emitirano dugovalno) na vrhu atmosfere, kolokirane s ATLID/CPR/MSI geometrijom.

U toj konfiguraciji aktivni senzori (ATLID i CPR) crtaju detaljnu vertikalnu strukturu oblaka, aerosola i oborinskih hidrometeora, MSI pruža horizontalni tepih informacija preko staze satelita, a BBR daje “konačnu brojku” – koliko je energije stvarno izašlo iz scene prema svemiru. To je preduvjet da se scene rekonstruiraju u 3D i da se zatim kroz fizikalno točne radijacijske modele izračunaju reflektirani i emitirani tokovi te usporede s BBR-om. Ako proračun i mjerenje “sjednu” unutar ciljanih tolerancija, znamo da su i oblaci i aerosol i njihovi optički i mikrostrukturni parametri u rekonstrukciji konzistentni s fizikom zračenja. To je suština operativne provjere, tzv. radiative closure.

Od piksela do volumena: rekonstrukcija 3D oblaka i “zatvaranje” radijacije

Tipičan EarthCARE-ov postupak ide ovako. Najprije se iz CPR-a i ATLID-a izvode okomite “reze” kroz atmosfersku kolonu: gdje je oblak, gdje je oborina, kolika je vodena i ledena vodna tvar, koliko su veliki kristali ili kapljice, kako je slojevit aerosol. Zatim MSI-jev horizontalni mozaik povezuje te profile s okolinom – pronalaze se pikseli sličnih optičkih svojstava, što omogućuje “punjenje” prostora između profilnih rezova i dobivanje kontinuiteta. Rezultat je trodimenzionalna reprezentacija oblaka i aerosola duž staze satelita. Na taj 3D prizor primjenjuje se računalni model prijenosa zračenja: fotoni se u simulaciji raspršuju na česticama oblaka, interagiraju s površinom, apsorbiraju i ponovno emitiraju. Iz toga se dobivaju predviđene širokopojasne reflektirane (kratkovalne) i emitirane (dugovalne) količine energije na vrhu atmosfere. Paralelno, BBR je iz iste scene izmjerio stvarne tokove. Usporedba dviju krivulja – simulirane i izmjerene – jest “radijacijsko zatvaranje”. Što su bliže, to su rekonstrukcije oblaka i aerosola vjerodostojnije; gdje su razilaženja, algoritmi i pretpostavke se ciljano popravljaju.

Studija slučaja: supertajfun Ragasa i EarthCARE-ova “provjera u hodu”

Kada je snažna tropska ciklona Ragasa u rujnu 2025. harala Filipinima, a potom oslabila prema južnoj Kini, EarthCARE je 20. rujna preletio nad olujom. To je pružilo izvanredan test za cijeli lanac: ATLID je označio tanke, visoke ledene slojeve i aerosol u visini, CPR je profilirao duboku konvekciju i padaline, MSI je dao mapu oblaka i površinskih uvjeta na širokom području, a BBR je izmjerio koliko je Sunčeve energije scena vratila u svemir i koliko je topline emitirano prema gore. Iz takvih preleta sastavljene su 3D rekonstrukcije tajfuna, uz koje su izračunati tokovi zračenja i uspoređeni s BBR-ovim mjerenjima. U dobro “posloženim” dionicama, razlike su u ciljanim granicama, što potvrđuje da algoritmi u ekstremnim uvjetima (duboka konvekcija, gusti kišni i ledeni oblaci) drže konzistenciju. Ondje gdje razilaženja postoje, inženjeri i znanstvenici brzo korigiraju pretpostavke o veličini/habitu čestica, o višestrukoj raspršenosti i o heterogenosti oblaka.

Što praktično dobivaju klimatski modeli

U klimatskim modelima najveća su “gruba” aproksimacija upravo oblaci: zbog ograničene razlučivosti, mikroprocesi se parametriziraju jednostavnim odnosima koji uključuju mnoge pretpostavke (npr. tipična veličina kapljica ili ledanih kristala, odnos između tekuće i ledene faze po temperaturi i sl.). EarthCARE isporučuje skup pažljivo kolokiranih mjerenja koja “vežu” vertikalu (ATLID/CPR) i horizontalu (MSI) s energetskim ishodom (BBR). To znači da se parametri oblaka i aerosola mogu istodobno podesiti pod ograničenjem da krajnji radijacijski tokovi odgovaraju stvarnom svijetu. Rezultat su modeli s manjim sistematskim radijacijskim pogreškama, realističnijim povratnim spregama oblaka i aerosola te, posljedično, suženim rasponom budućih projekcija.

…a što dobiva vremenska prognoza

Iako je EarthCARE prvenstveno istraživačka misija, kvaliteta i svježina podataka omogućuju njihovo korištenje gotovo u stvarnom vremenu i u numeričkoj prognozi vremena. Glavna korist dolazi kroz asimilaciju podataka radara i lidara: u 4D-Var sustavima, koji regresiraju atmosfersko stanje tako da optimiziraju slaganje između kratkoročnog modelskog “prvog nagađanja” i opažanja, dodavanje vertikalno informativnih mjerenja oblačnosti i oborine može osjetno poboljšati početne uvjete. Rana testiranja pokazala su da čak i skromne količine EarthCARE-ovih radarskih reflektiviteta i lidar-skog povratnog signala smanjuju pogrešku vjetra i vlažnosti u višim slojevima te, što je ključno, popravljaju položaj i intenzitet oblačnih sustava. Kada se satelitska mjerenja, dostupna unutar nekoliko sati od opažanja, serijski “ulijevaju” u modele, sustavi detektiraju i ispravljaju i instrumentalne pristranosti (npr. temperaturna ovisnost zrcala, promjene u kalibraciji), čime podatkovni tok postaje stabilniji.

Znanstveni tempo: od prvih slika do potpunog kataloga proizvoda

Operativna “krvna slika” misije formirala se tijekom 2025.: najprije su javno objavljeni Level-1 podaci (temeljna opažanja instrumenta, sredinom siječnja 2025.), potom prva skupina Level-2A/2B geofizičkih proizvoda (ožujak 2025.), a krajem godine objavljen je i puni paket koji pokriva sve četiri instrumentne grane i njihove sinergijske izvedenice. Upravo je u toj završnoj skupini i dugo očekivani proizvod “radiative closure” – kontinuirana procjena slaganja simuliranih i izmjerenih tokova na vrhu atmosfere, koja služi kao stalna povratna veza za timove što razvijaju algoritme. S objavom kompletnog kataloga, istraživači diljem svijeta mogu sustavno testirati hipoteze, validirati vremenske i klimatske modele te analizirati kako su nedavne promjene u atmosferi – primjerice sezona ekstremnih požara ili promjenjivi trendovi industrijskog onečišćenja – utjecale na ravnotežu zračenja.

Kako se “hlađenje” oblaka i aerosola mijenja s društvenim odlukama i ekstremima

U proteklom desetljeću mnoge industrijske regije smanjile su emisije sumpornog dioksida i drugih prekursora sulfata. To znači manje čestica koje stvaraju brojne sitne kapljice i čine oblake reflektivnijima. Istodobno, ekstremni požari (npr. na borealnim širinama i u tropskim šumama) ubacuju velike količine dima, koji može pojačati refleksiju, ali i zagrijati slojeve zraka apsorpcijom Sunčeva zračenja. Učinak dima i prašine ovisi o njihovom vertikalnom smještaju, veličini čestica i miješanju s oblacima. EarthCARE može razlučiti vertikalnu strukturu dima nad oblacima ili ispod njih, detektirati tanke ledene i vodene slojeve, te sve to povezati s izmjerenim tokovima zračenja. Time se “zbližavaju” eksperimentalna i modelirana fizika: isti prizor koji je u modelu opisan parametrizacijama, sada je i izmjeren u detalju i ocijenjen energetskim saldom.

Metodološki pomaci: od 2D-prosječenja do 3D prijenosa zračenja

Jedan od razloga zašto je “radijacijsko zatvaranje” tek sada izvedivo u orbiti jest računalna i algoritamska zrelost 3D modela prijenosa zračenja te dostupnost kolokiranih, višesenzorskih mjerenja. Klasične procjene bilance zračenja oslanjale su se na prostorno i vremenski razrijeđene, 2D proizvode (npr. satelitske karte oblaka i albeda) te empirijske relacije za pretvorbu radijansa u tokove. EarthCARE sustavno rekonstruira volumen oblaka i aerosola te kroz Monte-Carlo ili srodne metode računa emergentne tokove u kratkovalnom i dugovalnom području. BBR-ova tri kuta gledanja (fore/nadir/aft) osjetljivija su na anisotropiju refleksije, što dodatno “steže” rješenje. Operativna provedba zatvaranja – gdje se za svaku scenu očekuje slaganje unutar unaprijed definiranog praga – pretvara EarthCARE u svojevrsni samoprovjeravajući sustav: proizvodi se razvijaju i istodobno kvantitativno ocjenjuju u odnosu na energetsku stvarnost.

Što znači “uspjeh” u zatvaranju: pragovi, odstupanja i učenje sustava

U praksi se teži da razlika između simuliranih i izmjerenih tokova na vrhu atmosfere bude manja od desetak W/m² za trenutačne scene, uzimajući u obzir geometriju opažanja i nesigurnosti pretvorbe radijansi u tokove. Kad su razlike veće, razvojni timovi ciljano traže uzroke: pogrešan izbor habitusa ledenih kristala? Neodgovarajuća parametarska veza za veličinu kapljica u kiši? Podcijenjena višestruka raspršenost u gustim oblacima? Ili pak BBR-ova kalibracija i ADMs (angulacijski raspodjelni modeli) trebaju doradu za specifične scene (snježne površine, olujne vrhove, rubove oblaka)? Poanta je da EarthCARE ne “isporučuje samo brojke”, nego “zatvoren krug” između opažanja, rekonstrukcije, radijacijskog izračuna i provjere.

Od globalne znanosti do operativnih službi: otvoreni podaci i međunarodna mreža

EarthCARE je od početka strukturiran kao otvorena znanstvena misija: dokumentacija proizvoda, softverski lanci i kalibracijsko-validacijske kampanje javne su i podržane mrežom instituta diljem Europe, Japana, Kanade i drugih partnera. Objavom Level-1 i naknadno Level-2 proizvoda, zajednica je dobila cjelovit alat: detaljne jednosenzorske izvedenice (npr. maske značajki, profili oblaka, identifikacija aerosola) te sinergijske 2B proizvode (npr. kombinirani oblak-aerosol parametri, trodimenzionalna rekonstrukcija i radijacijski tokovi). Na redovitim zajedničkim radionicama ESA-e i JAXA-e krajem 2025. u Tokiju, istraživači su predstavili prve usporedbe s drugim referentnim misijama (npr. CERES), rezultate asimilacije u globalnim modelima te primjere gdje EarthCARE “otključava” procese koje ranije nismo mogli pratiti (brzine padanja snijega iz spacebornea, vertikalno raspoređeni dim iz “pirokumulonimbusa” i sl.).

Šira slika: što znači preciznije praćenje energetskog budžeta u eri ubrzanih promjena

Klimatske politike, financijska i infrastrukturna prilagodba te industrijske strategije sve više ovise o modelima koji predviđaju raspodjelu rizika: valove vrućine, poplave, oluje, suše. Što je manje radijacijskih pristranosti i što su bolje opisani oblaci i aerosoli, to su projekcije pouzdanije. EarthCARE u tom smislu nije “još jedan satelit”, nego platforma koja isporučuje (1) detaljnu vertikalnu informaciju o oblačnosti i aerosolu, (2) horizontalni kontekst u multispektru i (3) izravnu energetsku “provjeru” istog prizora. Kombinacija to troje omogućuje ne samo bolje modele, nego i bržu iteraciju između mjerenja i fizike: kada modeli ne uspiju “zatvoriti” radijaciju za neku vrstu oblaka, znamo gdje intervenirati. U godini kada su promjene aerosola zbog regulacije onečišćenja i epizode megapožara istodobno “povukle” atmosferu u različitim smjerovima, takav instrumentarij više je nego dobrodošao.

Gdje sutra: od satelita do službi i natrag

Sljedeći koraci uključuju punu integraciju EarthCARE-ovih nizova podataka u operativne sustave prognoze vremena i zračne kvalitete, detaljnije usporedbe s postojećim energetskim misijama (npr. CERES) i “prelijevanje” metodologije radiacijskog zatvaranja u razvoj novih satelitskih konstelacija. Jednako bitno, EarthCARE otvara put prema rutinskom, globalnom nadzoru trodimenzionalne strukture oblaka i aerosola u stoljetnim serijama podataka – nečemu što je donedavno bilo ograničeno na regionalne kampanje ili na kombinacije više nesinkronih satelita. U toj tranziciji, važna je i uloga otvorene zajednice: dokumenti s opisima proizvoda, specifične napomene o ograničenjima (npr. kada lidar potpuno “zaslijepi” debeli kišni oblak i gdje zato radarska informacija preuzima ulogu), te žive rasprave na radionicama i mailing-listama osiguravaju da korisnici znaju gdje su “čvrste točke”, a gdje treba opreza.

Misija koja vraća povjerenje u brojke

EarthCARE donosi ono što je klimatologiji i numeričkoj meteorologiji nedostajalo – kolokirano, trodimenzionalno mjerenje oblaka i aerosola uz izravno, višekutno mjerenje energetskog ishoda. U scenama kao što je supertajfun Ragasa, taj sustav ne služi samo za impresivne vizualizacije, nego za strogu provjeru jesu li “kockice” fizike doista na svome mjestu. Kroz 2025. osnažen je cjelovit niz proizvoda, uključujući operativnu procjenu radijacijskog zatvaranja, a podaci su dostupni otvoreno i pravodobno, dovoljno brzo da utječu i na svakodnevne prognoze. U vremenu kad nam treba manje nagađanja, a više provjerenih brojki, to je upravo vrsta misije koja mijenja igru.