Untersuchung der Atmosphäre mit einem scannenden LIDAR Profiler

Auswertedaten eines Messtages
© Fraunhofer IOSB
Auswertung eines Messtages

Kurzbeschreibung des Messprinzips

Das Messprinzip beruht auf der Aussendung eines optischen Signals im nahen Infrarot (1,5 µm). Aufgrund seiner charakteristischen Wellenlänge wird das Signal beim Durchgang durch die Atmosphäre an Aerosolteilchen und Wolkentröpfchen gestreut. Ein Teil des zurückgestreuten Infrarotsignals wird vom Doppler-Lidar Detektor empfangen und durch ein optisches Überlagerungsverfahren („Heterodyn-Prinzip“) in ein messbares Hochfrequenzsignal umgewandelt, aus dem die Rückstreuintensität und die Frequenzänderung bestimmt werden.
Ursache für die detektierte Frequenzverschiebung ist die natürliche Bewegung der rückstreuenden Aerosol- und Wolkenteilchen (Doppler-Effekt), woraus der Radialwind abgeleitet wird. Die vertikale Reichweite ist vom Aerosolgehalt abhängig und aufgrund der Extinktion in optisch dicker Bewölkung begrenzt.
Mittels Radialwindmessungen aus verschiedenen Richtungen kann durch geeignete Ableitungsverfahren der dreidimensionale Windvektor bestimmt werden. Zusätzlich ist die Bestimmung der Wolkenbedeckung und Wolkenhöhe sowie verschiedener Grenzschichtparameter ein Gegenstand aktueller Forschung.

Eigenschaften des Doppler-Lidar

Der Doppler-Lidar in Meppen ist üblicherweise als optischer Windprofiler konfiguriert - mit dem Ziel, Vertikalprofile des Windvektors von ca. 100 m bis, je nach Rückstreubedingungen, maximal 10 km Höhe zu bestimmen. Für jede Windvektorsmessung aus dem Radialwindmessungen werden fünf linear unabhängigen Richtungen benötigt, um unter Annahmen über die horizontale Homogenität des Windfeldes den Windvektor berechnen zu können. Der hemisphärische Scanner 200s erlaubt eine Abtastung des gesamten oberen Halbraums.

In der aktuellen Messkonfiguration werden derzeit die 3 dimensionale Windkomponente und ein Horizontalschnitt alle 15 min. durchgeführt.

Der Doppler-Lidar des Typs „Leosphere 200s“ der Firma Vaisala ist seit April 2019 in der Erprobung für den Feldeinsatz in Meppen.

Abteilung Signatorik

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