ALIMA
ALIMA ist ein leistungsstarkes Eisen-Resonanz- und Rayleigh-Lidar für flugzeuggetragene Messungen in der mittleren Atmosphäre, von der Stratosphäre über die Mesosphäre bis in die untere Thermosphäre. Mit diesem Instrument wird auf der Resonanzlinie von Eisen bei 372 Nanometern Wellenlänge die Eisenschicht sondiert, die sich abhängig z.B. von der geographischen Breite und der Jahreszeit im Höhenbereich zwischen 70 und 120 Kilometern ausbildet. Aus der spektralen Vermessung der Eisenlinie können vertikale Profile von Temperatur, Wind und Eisendichte abgeleitet werden. Eine hohe zeitliche Auflösung von 2 Minuten bei einer vertikalen Auflösung von 1 Kilometer erlaubt auch die Detektion von Schwerewellen mit sehr kurzen Perioden bzw. kurzer horizontaler Wellenlänge, welche den größten Beitrag zu dem von Wellen transportieren Impulsstrom liefern. Unterhalb der Eisenschicht wird die Temperatur aus der Messung der Rayleighstreuung an Luftpartikeln ermittelt. In Kombination mit den Resonanzlidarmessungen lassen sich damit Schwerewellen über den gesamten Höhenbereich zwischen 15 und 120 Kilometern Höhe untersuchen.
Der Sender besteht aus zwei in der Wellenlänge abstimmbaren gepulsten Lasern bei 372 Nanometern (Eisen-Resonanz-Lidar) bzw. 532 Nanometern Wellenlänge (Rayleigh-Lidar). Um die Eisenlinie spektroskopisch vermessen zu können, wird das Spektrum eines jeden Laserpulses mit sub-Megahertz Genauigkeit vermessen und analysiert. Die Laserpulse der beiden Laser werden zeitlich versetzt mit einer Wiederholarte von 100 Hertz aus dem Flugzeug nach oben in die Atmosphäre gesendet und die Rückstreuung wird mit einem an Bord installierten Empfangssystem detektiert. Letzteres besteht aus einem Cassegrain-Teleskop mit 50 Zentimeter Durchmesser und mehreren teils kaskadierten Photonendetektoren. Schmalbandige optische Filter (Etalons) vor den Detektoren unterdrücken den solaren Untergrund, so dass auch bei Tageslicht Lidarmessungen mit dem ALIMA System möglich sind. Die Datenerfassung verarbeitet die aufgenommenen Signale in Echtzeit und steuert das Instrument innerhalb einer Zykluszeit von 5 Millisekunden. Eine aktive Strahlregelung erlaubt die genaue Ausrichtung der Laserstrahlen auf das Sichtfeld des Teleskops auch bei Manövern und Turbulenzen im Flug.
Der Erstflug von ALIMA fand im Rahmen der SouthTRAC Kampagne über Südamerika und der Antarktis im Herbst Jahr 2019 statt. Im Jahr 2026 soll ALIMA dann im Rahmen der WAVEGUIDE-Kampagne zur Untersuchung von atmosphärischen Schwerewellen eingesetzt werden.
