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Feasibility of Retrieving Stratospheric Aerosol Extinction Fields from GEO-LEO Limb Measurements: An Inversion Algorithm Approach

Doicu, Alexandru und Efremenko, Dmitry und Giggenbach, Dirk und Doicu, Adrian (2026) Feasibility of Retrieving Stratospheric Aerosol Extinction Fields from GEO-LEO Limb Measurements: An Inversion Algorithm Approach. Atmosphere, 17 (8), Seite 737. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/atmos17080737. ISSN 2073-4433.

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3MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.3390/atmos17080737

Kurzfassung

This paper investigates the feasibility of retrieving stratospheric aerosol extinction fields from GEO–LEO limb measurements using a dedicated inversion framework. The retrieval problem is severely ill-posed and involves a fundamentally three-dimensional observation geometry. To obtain stable solutions, variations of the extinction field in the cross-track direction are neglected, reducing the problem to the retrieval of radial and weakly horizontally varying aerosol distributions within a quasi-planar GEO–LEO geometry. Two simplified retrieval strategies are considered. In the first strategy, the radial extinction profile and the horizontal extent of the aerosol field are retrieved using external aerosol optical thickness observations as additional constraints. In the second strategy, the extinction field is represented by a parametric model and the corresponding model parameters are retrieved. To reduce the computational complexity, a simplified single-scattering forward model is adopted. The inversion problem is formulated as the minimization of a regularized Tikhonov function and is solved using a multistart optimization framework combining global random sampling, validation and selection of admissible starting points, local bounded optimization, discrepancy-principle filtering, and clustering of candidate solutions. Numerical simulations for a broad range of synthetic aerosol scenarios show that the proposed methodology is capable of reproducing the dominant aerosol structures with good accuracy. Although the retrieval problem remains strongly ill-conditioned, the effective degrees of freedom indicate that GEO–LEO limb measurements contain substantial independent information about the aerosol field and provide a promising basis for retrieving both radial aerosol extinction profiles and aspects of their horizontal structure.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226025/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Feasibility of Retrieving Stratospheric Aerosol Extinction Fields from GEO-LEO Limb Measurements: An Inversion Algorithm Approach
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Doicu, AlexandruIndependent researcherNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Efremenko, DmitryDmitry.Efremenko (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Giggenbach, DirkDirk.Giggenbach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Doicu, AdrianAdrian.Doicu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Atmosphere
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:17
DOI:10.3390/atmos17080737
Seitenbereich:Seite 737
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2073-4433
Status:veröffentlicht
Stichwörter:stratospheric aerosols; aerosol extinction; GEO–LEO limb measurements; limb sounding; inverse problems; Tikhonov regularization; remote sensing
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Spektroskopische Verfahren der Atmosphäre, R - Optische Fernerkundung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Institut für Kommunikation und Navigation > Optische Satellitenlinks
Hinterlegt von: Efremenko, Dr Dmitry
Hinterlegt am:06 Aug 2026 11:06
Letzte Änderung:06 Aug 2026 11:06

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