Projekt:FE Beobachtung 1/Lidar/Wind Profiles – The Missing Link in the Global Observing System
Kurze Zusammenfassung des Artikels:
Wind Profile - das fehlende Glied bei der globalen Beobachtung
Notwendigkeit und Nutze der globalen Windprofile
Es soll das dreidimensionale globale Windfeld erfasst bzw. gemessen werden, da dieses bei der numerischen Wettervorhersage als globale Anfangsbedingung notwendig ist. Das Windfeld spielt eine große Rolle bei dem Massenaustausch zwischen den tropischen Bereichen und den außertropischen Bereichen.
Auch von der WMO und der NASA ist es ein hohes Ziel, Windprofilmessungen in allen Ebenen der Atmosphäre zu haben, sowie die Windgeschwindigkeit und –richtung. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen zeigt, dass das Windfeld der Erde auch einen Einfluss auf den Treibhauseffekt haben kann, wobei der letztendliche Beweis an der schlechten Datenlage bei den Windmessungen noch aussteht.
Wie erhält man globale Windmessungen
Obwohl es eine große Anzahl von Möglichkeiten gibt Windmessungen durchzuführen, liefern alle gegenwärtigen Techniken eine begrenzte vertikale Abdeckung. Um eine ausgedehnte vertikale Beobachtung vorzunehmen, nutzt man die Doppler- Lidar- Technik. Diese Messen die Änderung der Wellenlänge der zurückgestreuten Strahlung von atmosphärischen Molekülen und Partikeln. Die Messung mit dem Lidar stellt die beste Annäherung für eine vollständige Abdeckung der Atmosphäre dar.
Bei der Analyse der Lidardaten aus dem Weltraum wurde gezeigt, dass obwohl 75% bis 80% der Lidarstrahlung auf Wolken treffen ca. 60% dieser Strahlen auch die Erdoberfläche erreichen. Somit beträgt die gesamte Strahlung, die zur Oberfläche durchdringt, ungefähr 70%.
Satelliten- Lidar- Messprinzip
Da ein Doppler Lidar den Wind entlang des Lidar- Blickwinkels misst, sind mindestens zwei Beobachtungen aus verschiedenen Blickwinkeln erforderlich, um auch die horizontalen Winde in einem Kontrollvolumen zu erfassen. Es werden mehrere Linien aus der Spur der Oberfläche unter dem Satelliten gemessen. Jede Ansicht wird für 5 bis 10 Sekunden aufgenommen und stellt eine lokale Messung von ungefähr 70 km zur Verfügung.
Doppler-Lidar-Messtechnik
Doppler- Lidar messen den Wind, indem sie das Signal empfangen, welches von den atmosphärischen Aerosolenpartikeln und Molekülen zurückgestreut wird. Bei den kürzeren Wellenlängen im sichtbaren und UV- Bereich findet der größte Teil der gesamten Streuung an den in der Atmosphäre sich befindenden Molekülen statt, wohingegen bei einer größeren Wellenlänge im Infrarotbereich die Aerosolstreuung dominiert. Zusammenhängende DWLs (Doppler Wind Lidar) wurden betrieben, um mehr als drei Jahrzehnte dreidimensionale Windprofile in einer Feldstudie von Land, Schiffs- und Flugzeugplattformen zu messen. Diese messen jedoch nicht die molekulare Rückstreuung. Dieses zusammenhängende System ist in der Lage Messungen von Regionen mit hohem Aerosolgehalt wie etwa der Grenzschicht und von hohen Wolkenschichten durchzuführen, diese decken ca. 70- 80% der Erde ab. Vor kurzen ist ein Interferometer in einem DWL eingesetzt worden, um aus der Streuung an Aerosolen und Molekülen Winde zu messen.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass globale Windbeobachtungen eine sehr wichtige nationale Notwendigkeit sind, die einen großen Anteil an gesellschaftlichem Nutzen haben. Die europäische Weltraumagentur plant Ende 2008 das erste Doppler Lidar in den Weltraum zu schicken.