TELIS
TELIS (Akronym für TErahertz und Submillimeter LImb Sounder) ist ein ballongetragenes Drei-Kanal-Heterodynspektrometer, das vom DLR finanziert und am Institut für Methodik der Fernerkundung, Abteilung Experimentelle Verfahren, entwickelt wurde. Von den insgesamt drei, mit flüssigem Helium gekühlten Messkanälen, wurden zwei Kanäle von Rutherford Appleton Laboratory, Großbritannien, (499-503 GHz) und von SRON (Netherlands Institute for Space research), Niederlande, (450-660 GHz) beigestellt. Der dritte Kanal arbeitet im Terahertz Bereich (1790-1870 GHz) und wurde zusammen mit der Optik, Mechanik und Steuerung des gesamten Instruments am DLR gefertigt. Die Entwicklung von TELIS profitierte von der internationalen Kooperation, bei der die verfügbare fachliche Kompetenz gebündelt wurde. Neben den genannten Gruppen wirkten auch die Universität Bern, Schweiz, die Chalmers University, Schweden, und das Jet Propulsion Laboratory, USA, mit.
TELIS misst im Tangentialsondierungsmodus, bei dem der Sichtstrahl des Instruments tangential zu einer angepeilten Höhenschicht der Atmosphäre verläuft, was den Signalbeitrag dieser Tangentenschicht maximiert. Vorteil des Verfahrens ist eine sehr gute Höhenauflösung, welche für das Instrument ca. 2 km beträgt. Um die für Messungen erforderliche Flughöhe von bis zu 38 km zu erreichen, wird das Heterodynspektrometer auf einem Stratosphärenballon betrieben. TELIS steigt dabei nicht alleine in die Stratosphäre auf, sondern befindet sich zusammen auf einer Gondel mit dem seit 20 Jahren erprobten Fourier-Spektrometer MIPAS-B2, welches am Institut für Meteorologie und Klimaforschung des KIT, Karlsruhe, entwickelt wurde. Die Gondel-Infrastruktur wird dabei vom Karlsruher Team zur Verfügung gestellt.
Beide Instrumente bilden zusammen eine vollständige Chemiemission der Tropopause/Stratosphäre, welche weltweit einzigartig ist. Wissenschaftliches Ziel ist die Vermessung von Konzentrationsprofilen von Spurengasen der unteren Stratosphäre und der Tropopause. Dazu wird die thermische Emission von Moleküllinien vor dem kalten kosmischen Hintergrund gemessen.
Für TELIS stehen hierbei meist kurzlebige Spezies im Fokus in Zusammenhang mit der Ozonchemie (z.B. OH, ClO, BrO, HCl, O3, HOCl, HO2), sowie klimarelevante Spurengase wie Wasserdampf und dessen Isotopomere (H2O, H217O, H218O, HDO). Die abgedeckten Moleküle ergänzen dabei die Gruppe der von MIPAS-B2 gemessenen Spezies und bieten darüber hinaus einen Informationsüberlapp zur Konsolidierung der Messwerte beider Geräte. Der Vorteil der von TELIS gewonnenen Daten liegt hierbei insbesondere in der hohen spektralen Auflösung von etwa 2.3 MHz (bei einer Bandbreite von 2 GHz) und in der kurzen Messzeit von weniger als 3 Sekunden pro Tangentenspektrum. Letzteres erlaubt eine hohe zeitliche Auflösung von dynamischen Prozessen in der Atmosphäre.
TELIS nimmt regelmäßig an wissenschaftlichen Messkampagnen teil. Der erste Erprobungsflug war 2008 in Teresina/Brasilien. Die gewonnenen Erfahrungen führten zu einer Überarbeitung des Geräts und ebneten so den Weg für weitere, erfolgreiche Flüge. Im März 2009, Januar 2010 und April 2011 fanden wissenschaftlich erfolgreiche Kampagnen in Kiruna statt. Bei diesen Kampagnen in Nordschweden werden Messungen im polaren Wirbel in aktivierter Atmosphäre angestrebt. Charakteristisch für diese in sich abgeschlossene Luftströmung sind tiefe Temperaturen, bei denen sich der Ozonabbau besonders schnell abspielt. Während sich 2009 keine stabile Vortex ausbildete, konnte 2010 in einem stabilen und 2011 in einem sich in Auflösung befindenden polaren Wirbel gemessen werden.
Die gewonnenen Daten werden in der Abteilung Experimentelle Verfahren zu kalibrierten Radianz-Spektren mit Geolokation prozessiert. Parallel zu Flugkampagnen wird TELIS im Labor nach-charakterisiert. Hierzu werden Gaszellenmessungen durchgeführt. Diese erlauben eine möglichst realitätsnahe Simulation der atmosphärischen Situation im Labor unter kontrollierten Bedingungen. Die umfangreiche Charakterisierung des Instruments profitiert dabei von den zahlreichen, hoch-technologischen Messinstrumenten der Abteilung, wie beispielweise dem hochauflösenden Fourier-Spektrometer BRUKER IFS 125 HR. Die so gewonnenen Erkenntnisse über die Radiometrie des Gerätes fließen iterativ in die Verbesserung des Datenproduktes ein. Die Inversion der prozessierten, korrigierten Spektren zu Konzentrationsprofilen findet in Zusammenarbeit mit Retrieval Gruppen bei SRON und bei DLR (Abteilung Atmosphärenprozessoren des Instituts für Methodik der Fernerkundung) statt.
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