Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung eines durchstimmbaren Lidartransmitters im ultravioletten Spektralbereich fur die Vermessung von Ozon in der Tropopausenregion

Published: July 3, 2012, 11 a.m.

b'Eine wichtige Frage in der aktuellen Wetter- und Klimaforschung ist die quantitative Erfassung des\\nLuftmassenaustauschs durch die Tropopause. Dabei hat insbesondere der Fluss an Ozon und Wasserdampf durch die Tropopause einen gro\\xdfen Einfluss auf die Chemie und die Strahlungsbilanz der Atmosph\\xe4re und spielt damit eine wichtige Rolle f\\xfcr das Verst\\xe4ndnis und die Vorhersage des globalen Klimawandels. Mit modernen meteorologischen Messinstrumenten sind die Beobachtungsfehler allerdings teilweise noch vergleichsweise gro\\xdf und manche Gr\\xf6\\xdfen lassen sich nur indirekt bestimmen. Es besteht daher gro\\xdfer Bedarf an zus\\xe4tzlichen und genaueren Beobachtungsmethoden, mit m\\xf6glichst hoher r\\xe4umlicher und zeitlicher Aufl\\xf6sung und hoher Genauigkeit.\\n\\nIm Rahmen dieser Arbeit wurde das Messinstrument AMALFI (Amalgamated Lidars for the Measurement of Trace Gas Fluxes in the Atmosphere), zur Tracer-basierten Vermessung von Austauschprozessen durch die Tropopause, fertiggestellt. Es wurde ein leistungsstarkes Ozonlidar entwickelt, das die M\\xf6glichkeiten des am DLR bestehenden Wasserdampflidar WALES (WAter Vapor Lidar Experiment in Space) dahingehend erweitert, dass Ozon und Wasserdampf gleichzeitig mit\\neinem Instrument gemessen werden k\\xf6nnen. Dazu wurde ein OPO-basierter Frequenzkonverter entwickelt,\\nwelcher aus dem Licht der Wellenl\\xe4nge 1064 nm die erforderlichen UV-Wellenl\\xe4ngen durchstimmbar\\nim Bereich um 305 nm mit einer mittleren Ausgangsleistung von \\xfcber 1 Watt erzeugt. Dabei lag aufgrund der limitierten Zerst\\xf6rschwellen der Optiken die gr\\xf6\\xdfte Herausforderung in der Steigerung der mittleren Ausgangsleistung um eine Gr\\xf6\\xdfenordnung im Vergleich zum bereits am DLR bestehenden Ozonlidar-Transmitter. Der hier entwickelte flugzeugtaugliche Konverter ist optisch sowie mechanisch und elektrisch mit den 100-Hz Nd:YAG-Pumpmodulen von WALES kompatibel, sodass eine unkomplizierte und schnelle Modifikation von dem Vier-Wasserdampf-Wellenl\\xe4ngen-Lidar WALES auf das Zwei-Wasserdampf- und Zwei-Ozon-Wellenl\\xe4ngen-Lidar erm\\xf6glicht wird. Mit AMALFI besteht weltweit erstmals die M\\xf6glichkeit, mittels aktiver Fernerkundung gleichzeitig Ozon und Wasserdampf in der Tropopausenregion von dem Flugzeug HALO aus zu vermessen.\\n\\nAufgrund der mit HALO verbundenen Terminverz\\xf6gerungen konnten keine gemeinsamen Ozon- und Wasserdampf-Messungen vorgenommen werden. Alternativ wurde der entwickelte Ozon-Lidartransmitter vom Boden aus getestet und mit zwei unterschiedlichen Ozonmessverfahren des DWD-Observatoriums\\nvom Hohenpei\\xdfenberg validiert. Im Rahmen der Messgenauigkeiten konnte eine \\xdcbereinstimmung der drei Instrumente nachgewiesen werden. Weiter kann aus der \\xdcbereinstimmung zwischen den experimentellen Messungen und den numerischen Simualtionen gefolgert werden, dass\\nmit dem Ozonlidar im Flugzeugbetrieb die gestellten Anforderungen zur Vermessung von Ozon im Tropopausenbereich in Bezug auf Aufl\\xf6sung und Genauigkeit tats\\xe4chlich erf\\xfcllt werden. Damit konnte dessen Eignung im Rahmen der gegebenen M\\xf6glichkeiten bewiesen werden. \\n\\nMit dem hier komplettierten System AMALFI k\\xf6nnen k\\xfcnftig unter der Verwendung von Wasserdampf und Ozon als sogenannte Tracer gezielt Stratosph\\xe4ren-Troposph\\xe4ren-Austauschprozesse analysiert werden. Somit steht mit AMALFI in der STE-Forschung ein neuartiges Messinstrument\\nmit einer noch nie dagewesenen Messabdeckung von der regionalen bis zur kontinentalen Skala mit\\nder daf\\xfcr notwendigen hohen r\\xe4umlichen Aufl\\xf6sung und Genauigkeit zur Verf\\xfcgung.'