Lidar-Messung der Extinktion des atmospharischen Aerosols am Beispiel der Feldstudie SAMUM-1

Published: July 8, 2008, 11 a.m.

b'Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein spektral hochaufl\\xf6sendes Lidar (HSRL) aufgebaut und w\\xe4hrend des Feldexperiments SAMUM im Mai/Juni 2006 und im Januar/Februar 2008 an Bord des Forschungsflugzeugs Falcon betrieben.\\nDie Intensit\\xe4t von Lidar\\u2013Signalen wird ma\\xdfgeblich durch die R\\xfcckstreuung und die Extinktion der atmosph\\xe4rischen Teilchen beeinflusst. Dabei stehen die R\\xfcckstreuung und die Extinktion der Aerosole in keinem konstanten Verh\\xe4ltnis zueinander. Die Messgr\\xf6\\xdfe eines normalen R\\xfcckstreu\\u2013Lidars ist insofern mit zwei unbekannten Gr\\xf6\\xdfen behaftet, weshalb die direkte Messung der Aerosolextinktion mit einem solchen Lidar nicht m\\xf6glich ist.\\nIm Gegensatz dazu wird bei der Methode des HSRL neben der gesamten atmosph\\xe4rischen R\\xfcckstreuung der Teil der molekularen R\\xfcckstreuung gesondert gemessen. Die Messung des molekularen R\\xfcckstreusignals wird durch die spektrale Filterung der atmosph\\xe4rischen R\\xfcckstreuung mit einem schmalbandigen optischen Filter erm\\xf6glicht. Durch den Vergleich des gemessenen molekularen Signals mit dem zu erwartenden kann die Aerosolextinktion direkt bestimmt werden.\\nZum Aufbau des Instruments wurde eine Joddampfabsorptionszelle konstruiert und in das Empfangsmodul des bestehenden flugzeuggetragenen Lidars des Deutschen Zentrums f\\xfcr Luft\\u2013 und Raumfahrt integriert. Au\\xdferdem wurde der Lasertransmitter des Lidars mit einem neuartigen Verfahren der opto\\u2013akustischen Modulation frequenzstabilisiert.\\nW\\xe4hrend SAMUM\\u20131 wurden damit erstmalig die optischen Eigenschaften des reinen Saharastaubaerosols, insbesondere dessen Extinktion, das Verh\\xe4ltnis von Extinktion und\\nR\\xfcckstreuung sowie die Depolarisation, in der N\\xe4he seiner Quellgebiete untersucht. Die Messungen des neuen HSRL wurden zur Qualit\\xe4tssicherung mit Hilfe unabh\\xe4ngiger Instrumente validiert. Die Lidar\\u2013Verh\\xe4ltnis\\u2013Messungen wurden durch Trajektorienanalysen auf m\\xf6gliche Abh\\xe4ngigkeiten von unterschiedlichen Quellgebieten untersucht. Die HSRL\\u2013Messungen der Aerosol\\u2013optischen Dicke wurden mit satellitengest\\xfctzten Messungen verglichen.\\nS\\xfcdlich des Hohen Atlas Gebirges wurden Aerosol\\u2013optische Dicken von 0,50 bis 0,60 gemessen. Es zeigte sich eine ausgepr\\xe4gte laterale Variabilit\\xe4t der Aerosol\\u2013optischen Dicke, die bei homogenen Schichten allein auf deren unterschiedliche Dicke zur\\xfcckgef\\xfchrt werden\\nkonnte. Die vertikalen Variationen des Lidar\\u2013Verh\\xe4ltnisses zwischen 38 sr und 50 sr wurden durch Trajektorienanalysen auf die Anstr\\xf6mung aus unterschiedlichen Quellgebieten\\nzur\\xfcckgef\\xfchrt. Im Depolarisationsverh\\xe4ltnis wurden jedoch keine vertikale Variationen beobachtet, was auf eine einheitliche Teilchenform schlie\\xdfen l\\xe4sst. Die Aerosoldepolarisation betrug in den Staubaerosolschichten 0,30 \\xb1 0,02. Dies best\\xe4rkt die Annahme, dass das\\nLidar\\u2013Verh\\xe4ltnis in erster Linie durch die unterschiedliche chemische Zusammensetzung des Aerosols beeinflusst wird. Aufgrund der hohen nat\\xfcrlichen Variabilit\\xe4t erscheint die\\nAngabe eines mittleren Wertes als nicht sinnvoll. Der Vergleich mit MISR\\u2013Messungen der Aerosol\\u2013optischen Dicke zeigte gr\\xf6\\xdftenteils \\xdcbereinstimmung innerhalb der Fehlergrenzen.\\nDirekt \\xfcber dem Hohen Atlas traten signifikante Abweichungen auf, die durch die sich stark \\xe4ndernde Topographie erkl\\xe4rt werden k\\xf6nnen.'