Infrarotspektrometer für Atmosphärenbeobachtung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das AERI (Atmospheric Emitted Radiance Interferometer) ist ein vertikal-blickendes Infrarotspektrometer zur Vermessungen der atmosphärischen Emission in ca. 5000 Kanälen im Wellenlängenbereich 3-19 µm. Spezielle Verfahren erlauben die Ableitung von Wolkenparametern, Temperatur- und Feuchteprofilen sowie anderen Spurengasen (CO2, CH4). Anfang 2015 wurde das Ziel erreicht, das AERI kontinuierlich am Jülich ObservatorY for Cloud Evolution (JOYCE), einer DFG-Forschungsinfrastruktur, zu betreiben. Eine kontinuierliche Fernüberwachung erlaubt die near real-time Visualisierung der Messungen auf dem Datenportal von JOYCE. Es werden neben dem Infrarotspektrum und der Zeitreihe einzelner Kanäle auch relevante Systemparameter beobachtet, z. B. kritische Temperaturen, Empfängerempfindlichkeit und Empfängerkühlung. Aktuell werden Verfahren zur Ableitung des Säulengehaltes von CO2 und CH4 aus AERI-Messungen entwickelt. Damit wird es möglich sein, die Häufigkeit und Stärke anthropogener Verschmutzungsepisoden und die Variationen durch CO2-Aufnahme der Pflanzen zu untersuchen. Innerhalb des TR32 "Patterns in Soil- Vegetation-Atmosphere Systems - Monitoring, Modelling and Data Assimilation" wurden außerdem Verfahren für das AERI entwickelt, mit denen extrem dünne Flüssigwasserwolken detektiert und auch quantifiziert werden können. Da die Energiebilanz am Boden stark abhängig von der optischen Dicke der Wolke ist, sind Verfahren zur Bestimmung des Wolkenwassergehaltes und der Wolkentropfengrößen sehr wichtig für die Untersuchung der Austauschprozesse zwischen Landoberfläche und Atmosphäre. Mittels Wolken- und Wetterdaten aus Jülich konnten synthetische Messungen des AERI simuliert werden. Die damit abgeleiteten Verfahren zur Bestimmung von Wolkenparametern wurden direkt auf qualitätskontrollierte, reale AERI-Messungen angewendet. Unsere theoretischen Studien zeigen, dass AERI-Messungen für Wolken mit niedrigen Flüssigwassergehalten denen von Mikrowellenradiometern (Standardverfahren) überlegen sind, wobei das Umgekehrte für dickere, wasserreiche Wolken zutrifft. Die optionale Kombination der beiden Messungen gelingt mittels neuronaler Netze und zeigt, dass JOYCE nun genaue Informationen über die besonders klimasensitiven, dünnen Wolken liefern kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2013: Combining ground and satellite based measurements in the atmospheric state retrieval: Assessment of the information content. Journal of Geophysical Research, 18, 6940–6956
Ebell, K., E. Orlandi, A. Hünerbein, U. Löhnert, S. Crewell
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2015: JOYCE: Jülich Observatory for Cloud Evolution. Bulletin of the American Meteorological Society
Löhnert, U., J. H. Schween, C. Acquistapace, K. Ebell, M. Maahn, M. Barrera-Verdejo, A. Hirsikko, B. Bohn, A. Knaps, E. O'Connor, C. Simmer, A. Wahner, S. Crewell
