Fernerkundung

Wasserdampfmessung in der Atmosphäre



Wasserdampfmessung
Wasserdampf ist ein Bestandteil der Erdatmosphäre, der wesentlichen Einfluss auf Wetter und Klima hat. Darüber hinaus spielt Wasserdampf eine zentrale Rolle in der Chemie der Atmosphäre. Wasserdampf ist das dominierende Treibhausgas. Trotz seiner Bedeutung für atmosphärische Prozesse in einem breiten räumlichen und zeitlichen Skalenbereich ist Wasserdampf eine der am wenigsten verstandenen und gemessenen Komponenten der Erdatmosphäre.

Wasserdampf-Differential-Absorptions-Lidarsysteme (DIAL) sind vom Boden und vom Flugzeug aus seit etwa zwei Jahrzehnten im Einsatz. DIAL-Technologie und Anwendung haben in diesem Zeitraum bedeutsame Fortschritte erfahren. Das deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt hat langfristige Erfahrung bei der Entwicklung und im Betrieb von flugzeuggetragenen DIAL-Systemen. Im DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre werden solche Systeme entworfen, aufgebaut und seit 1989 regelmäßig bei Messkampagnen eingesetzt.

Die neuste Entwicklung ist die Realisierung eines Festkörperlasers auf der Basis eines leistungsstarken optisch parametrischen Oszillators, der genaue Wasserdampf-Messungen in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre ermöglicht. Die hohe spektrale Reinheit des Systems führt zu einem systematischen Restfehler von nur 2%. Die Wellenlänge liegt bei 940nm, wo sich passend starke Absorptionslinien befinden.

Dieses neue flugzeuggetragene DIAL-System wurde erfolgreich zur Untersuchung von stratosphärischen Intrusionen eingesetzt. Das Bild zeigt die Wasserdampf-Konzentration im vertikalen Schnitt entlang einer 650 km langen Strecke durch Mitteleuropa, gemessen mit dem H2O-DIAL (oben), im Vergleich zur ECMWF Analyse (unten). Auffällig ist die große Variabilität der Wasserdampf-Konzentration im Bereich der Tropopausen-Falte. Die Messung gibt diese Variabilität besser wieder als das Modell.

Gestützt auf der durch langjährige DIAL-Messungen gewonnenen Expertise schlug die DLR Lidargruppe WALES (Wasserdampf Lidar Experiment in Space) für eine "ESA Earth Explorer Opportunity" Mission vor. Umfassende Studien sind dazu in der Gruppe durchgeführt worden, die sowohl die technische Durchführbarkeit eines satellitengetragenen DIALs als auch dessen positiven Einfluss auf Wettervorhersage und Klimaforschung klar demonstrierten.


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