Lidars are uniquely capable of collecting high-precision and high spatiotemporal resolution observations that have been used for atmospheric process studies from the ground, aircraft, and space for many years. The Aeolus mission, the first space-borne Doppler wind lidar, was developed by the European Space Agency (ESA) and launched in August 2018. Its novel Atmospheric LAser Doppler INstrument (ALADIN) observes profiles of the component of the wind vector and aerosol/cloud optical properties along the instrument's line-of-sight (LOS) direction on a global scale. A total of two airborne lidar systems have been developed at NASA Langley Research Center in recent years that collect measurements in support of several NASA Earth Science Division focus areas. The coherent Doppler Aerosol WiNd (DAWN) lidar measures vertical profiles of LOS velocity along selected azimuth angles that are combined to derive profiles of horizontal wind speed and direction. The High Altitude Lidar Observatory (HALO) measures high resolution profiles of atmospheric water vapor (WV) and aerosol and cloud optical properties. Because there are limitations in terms of spatial and vertical detail and measurement precision that can be accomplished from space, airborne remote sensing observations like those from DAWN and HALO are required to fill these observational gaps and to calibrate and validate space-borne measurements.Over a 2-week period in April 2019, during their Aeolus Cal/Val Test Flight campaign, NASA conducted five research flights over the eastern Pacific Ocean with the DC-8 aircraft. The purpose was to demonstrate the following: (1) DAWN and HALO measurement capabilities across a range of atmospheric conditions, (2) Aeolus Cal/Val flight strategies and comparisons of DAWN and HALO measurements with Aeolus, to gain an initial perspective of Aeolus performance, and (3) ways in which atmospheric dynamic processes can be resolved and better understood through simultaneous observations of wind, WV, and aerosol profile observations, coupled with numerical model and other remote sensing observations. This paper provides a brief description of the DAWN and HALO instruments, discusses the synergistic observations collected across a wide range of atmospheric conditions sampled during the DC-8 flights, and gives a brief summary of the validation of DAWN, HALO, and Aeolus observations and comparisons.

中文翻译：

---

在 NASA Aeolus 校准和验证 (Cal/Val) 试飞活动期间对风、水蒸气和气溶胶剖面的机载激光雷达观测

激光雷达具有独特的能力，能够收集多年来一直用于地面、飞机和太空大气过程研究的高精度和高时空分辨率观测。Aeolus 任务是首个星载多普勒风激光雷达，由欧洲航天局 (ESA) 开发并于 2018 年 8 月发射。其新颖的大气激光多普勒仪器 (ALADIN) 观察风矢量和气溶胶/在全球范围内沿仪器视线 (LOS) 方向的云光学特性。近年来，美国宇航局兰利研究中心共开发了两个机载激光雷达系统，用于收集测量数据，以支持美国宇航局地球科学部的几个重点领域。相干多普勒气溶胶 WiNd (DAWN) 激光雷达沿选定的方位角测量 LOS 速度的垂直剖面，这些方位角结合起来得出水平风速和风向的剖面。高空激光雷达天文台 (HALO) 测量大气水汽 (WV) 以及气溶胶和云光学特性的高分辨率剖面。由于空间和垂直细节以及可以从空间完成的测量精度方面存在限制，因此需要像来自 DAWN 和 HALO 的机载遥感观测来填补这些观测空白并校准和验证星载测量。在 2019 年 4 月的两周期间，在他们的 Aeolus Cal/Val 试飞活动中，NASA 使用 DC-8 飞机在东太平洋上空进行了五次研究飞行。目的是为了展示以下内容：(1) 在一系列大气条件下的 DAWN 和 HALO 测量能力，(2) Aeolus Cal/Val 飞行策略以及 DAWN 和 HALO 测量与 Aeolus 的比较，以获得对 Aeolus 性能的初步了解，以及 (3) 通过对风、WV 和气溶胶剖面观测的同时观测，结合数值模型和其他遥感观测，可以解决和更好地理解大气动态过程的方法。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(1) 在一系列大气条件下的 DAWN 和 HALO 测量能力，(2) Aeolus Cal/Val 飞行策略以及 DAWN 和 HALO 测量与 Aeolus 的比较，以获得对 Aeolus 性能的初步了解，以及 (3)通过同时观测风、WV 和气溶胶剖面观测，再加上数值模型和其他遥感观测，可以解决和更好地理解大气动态过程。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(1) 在一系列大气条件下的 DAWN 和 HALO 测量能力，(2) Aeolus Cal/Val 飞行策略以及 DAWN 和 HALO 测量与 Aeolus 的比较，以获得对 Aeolus 性能的初步了解，以及 (3)通过同时观测风、WV 和气溶胶剖面观测，再加上数值模型和其他遥感观测，可以解决和更好地理解大气动态过程。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(2) Aeolus Cal/Val 飞行策略以及 DAWN 和 HALO 测量与 Aeolus 的比较，以获得 Aeolus 性能的初步视角，以及 (3) 通过同时观测风来解决和更好地理解大气动态过程的方法， WV 和气溶胶剖面观测，再加上数值模型和其他遥感观测。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(2) Aeolus Cal/Val 飞行策略以及 DAWN 和 HALO 测量与 Aeolus 的比较，以获得 Aeolus 性能的初步视角，以及 (3) 通过同时观测风来解决和更好地理解大气动态过程的方法， WV 和气溶胶剖面观测，再加上数值模型和其他遥感观测。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(3) 通过对风、WV 和气溶胶剖面观测的同步观测，结合数值模型和其他遥感观测，解决和更好地理解大气动态过程的方法。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。(3) 通过对风、WV 和气溶胶剖面观测的同步观测，结合数值模型和其他遥感观测，解决和更好地理解大气动态过程的方法。本文简要介绍了 DAWN 和 HALO 仪器，讨论了在 DC-8 飞行期间采样的各种大气条件下收集的协同观测，并简要总结了 DAWN、HALO 和 Aeolus 观测的验证和比较。