Das Ziel des ESA-CCI-Clouds-Projekts ist es, kohärente Langzeitdatensätze über Wolkeneigenschaften zu liefern. Dafür werden die Möglichkeiten verschiedener Erdbeobachtungsmissionen synergistisch genutzt. Dies bringt eine höhere Genauigkeit mit besseren zeitlichen und räumlichen Proben als bei Datensätzen zu Wolkeneigenschaften, die aus nur einer einzigen Quelle abgeleitet sind.

Das Projekt ESA-CCI-Clouds soll das wachsende Potenzial der synergistischen Möglichkeiten vergangener, aktueller und künftiger europäischer und US-amerikanischer Satellitenmissionen ausschöpfen, um den wachsenden Bedarf der Wissenschaft an kohärenten Langzeitdatensätzen zu Wolkeneigenschaften zu decken. Die primären Ziele des ESA-CCI-Clouds-Projekts sind:

• Entwicklung interkalibrierter Strahlungsdatensätze (Fundamental Climate Data Records) für Instrumente der ESA und anderer Organisationen in einer internationalen Kooperation: 1. durch vollständige Nutzung der Ergebnisse des WMO Global Space-based Inter-Calibration System (GSICS) als Hauptendnutzer; 2. durch das Hinzufügen komplementärer Methoden zur weiteren Steigerung der Möglichkeiten des GSICS.
• Entwicklung eines kohärenten Algorithmus für die Essential Climate Variables (ECVs) zu Wolkeneigenschaften des Global Climate Observing Systems (GCOS): Wolkendecke, Wolkenhöhe und Temperatur sowie Flüssig- und Eiswassergehalt. Der Algorithmus ist öffentlich zugänglich und für alle Wissenschaftler nutzbar.
• Entwicklung von zwei mehrjährigen globalen Datensätzen für die ECVs zu Wolkeneigenschaften des GCOS, einschliesslich Unsicherheitsschätzungen basierend auf sorgfältig kalibrierten und interkalibrierten Strahlungen.
• Validierung der Produkte für Wolkeneigenschaften im Vergleich zu Boden- und anderen Satellitenmessungen unter Berücksichtigung der individuellen Fehlerstrukturen der einzelnen Beobachtungen.
• Bereitstellung einer gemeinsamen Datenbank und der notwendigen Auswertung von Wolkendatensätzen wie im Rahmen des Global Energy and Water Cycle Experiment (GEWEX).

Ziele für die Teilnahme von MeteoSchweiz am ESA-CCI-Clouds-Projekt Phase 2 (2014-2016)

Klimaüberwachungsanwendungen: Charakterisierungsstabilität und -homogenität des CCI-Wolkendatensatzes: Homogene Langzeitbeobachtungen der Wolkendecke durch Satelliten haben nur dann ein hohes Potenzial, Langzeitobservationen vom Boden aus zu ergänzen, wenn sie über die Jahrzehnte hinweg mit einer Stabilität von etwa 1% oder besser eingeschätzt werden können. Trotz fortschrittlicher Algorithmen wird die satellitenbasierte Wolkendeckenklimatologie durch technische Artefakte beeinträchtigt, wie Veränderungen in den Satellitensensoren, radiometrische und geometrische Kalibrierungsprobleme, Blickwinkeleffekte oder Verschiebungen in der täglichen Umrundungszeit. Daher bringt MeteoSchweiz folgende Forschungsaufgaben in das ESA-CCI-Clouds-Projekt ein:

• Evaluierung der klimatologischen Stabilität und Homogenität der AVHRR- und MODIS-Wolkendecke über Mitteleuropa mit Hilfe von SYNOP im monatlichen und jährlichen Rahmen
• Analyse des Tageszyklus der AVHRR- und MODIS-Wolkendecke mit Hilfe der Wolkenklimatologie von Meteosat (CM SAF) sowie SYNOP-Daten über Mitteleuropa
• Generierung einer trendbereinigten und entzerrten Wolkendeckenklimatologie zur Auflösung des Tageszyklus der Wolkendecke über Mitteleuropa

Integration der Cloud CCI in ein Vorzeigeprojekt für nationale GFCS-Aktivitäten: MeteoSchweiz spielt eine aktive Rolle in der Vorbereitung, Kommunikation und Bereitstellung von Cloud-CCI-Daten für die interessierte Nutzergemeinschaft. Die Gruppe der Nutzer der Klimainformationen hat sich von der «rein» klimawissenschaftlichen Gemeinschaft auf eine breite Nutzerschaft ausgeweitet, die Sozialwissenschaftler, Entscheidungsträger, Ressourcenmanager, Rückversicherungen usw. umfasst. Somit teilen sich die Anbieter von Klimadaten die Verantwortung, nicht nur Daten von höchstmöglicher Qualität zu generieren, sondern auch die Klimaüberwachungsdaten so aufzubereiten, dass sie breit genutzt werden können. Innerhalb dieses Auftragspakets wird vorgeschlagen, für die Schweiz die final validierten Cloud-CCI-Daten über 30+ Jahre in einem nationalen Vorzeigeprojekt zur Klimaüberwachung umzusetzen.

Ziele für die Teilnahme von MeteoSchweiz am ESA-CCI-Clouds-Projekt Phase 1 (2010-2013)

Validierung von Wolkenprodukten in Gebirgs- und Polarregionen: Innerhalb dieses Auftragspakets bot MeteoSchweiz Validierungsaktivitäten mit speziellem Fokus auf Gebirgs- und Polarregionen. Diese Gebiete sind bei Klimaschwankungen und -veränderungen am sensibelsten und erfordern daher hochwertige Datenaufzeichnungen für die Klimaanalyse. Des Weiteren ist es wissenschaftlich wichtig, dass eine solche Auswertung unabhängig von den Produzenten der Datensätze erfolgt.
Beitrag von MeteoSchweiz war es, die aus AVHRR- und MODIS-Sensoren abgeleitete ESA-CCI-Wolkendecke gegen die In-situ-Daten für die jeweiligen Wetterbedingungen von Gebirgs- und Polarregionen (Antarktis, Spitzbergen und Grönland) auszuwerten. Neben der Berichterstattung über die Gesamtgenauigkeit der CCI-Wolkendecke für diese Orte konzentrierte sich diese Studie auf das Auffinden der wichtigsten Ungenauigkeiten zwischen der satellitenbasierten Wolkendecke und Oberflächenobservationen, um die wichtigsten Einschränkungen des satellitenbasierten Abrufalgorithmus für die Bewölkung aufzudecken. Das Aufzeigen solcher Einschränkungen hat sich in der zweiten Phase des CCI-Clouds-Projekts für die Algorithmusentwickler in der Verbesserung der Methode zur Wolkenerkennung aus vorteilhaft erwiesen.

Das Ozone-CCI-Projekt gehört zum ESA-Programm Global Monitoring of Essential Climate Variables (ECVs), besser bekannt als Climate Change Initiative (CCI), das 2010 für eine Phase von sechs Jahren gestartet wurde.

Das CCI-Programm möchte einen Beitrag zu den Datenbanken leisten, die ECVssammeln, wie sie das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) und das International Panel on Climate Change (IPCC) erfordern.
Insbesondere hat das Projekt ESA-CCI-Ozone folgende Aufgaben:

• Analyse der Anforderungen der Klimaforscher an Ozondaten.
• Anpassung der Ozonmessungen durch Satelliten an deren Gebrauch durch die Klimaforscher.
• Nutzung der verfügbaren Ozondaten im ESA-Erdobservationsarchiv sowie der Ozondaten von Drittmissionen (Third Party Missions, TPM).
  Drei Hauptproduktlinien werden entwickelt:
• Gesamtozon von Nadir-UV-Rückstreuungssensoren (Backscatter)
• Ozonprofile von Nadir-UV-Rückstreuungssensoren (Backscatter)
• Ozonprofile von Limb- und Okkultationssensoren

Die folgende Abbildung erklärt das Konzept:

Vor der Datenproduktion, müssen folgende Fragen beantwortet werden:

• Welche Art von Daten brauchen die Klimawissenschaftler als Inputdaten für die gekoppelten Chemie-Klima-Modelle? (Diese Modelle sagen die künftige Klimaentwicklung voraus.)
• Welche Qualität müssen diese Daten haben (Präzision und Genauigkeit)?

Deshalb haben die Wissenschaftler von MeteoSchweiz ein Dokument mit den Nutzeranforderungen erstellt.