Abteilung Physik

Forschungsgruppe
"Optische Fernmessung - Untersuchung atmosphärischer Prozesse mit optischen Methoden"

Doppler-Windlidar WiLi


Motivation

Vertikale und horizontale Transportprozesse kontrollieren die großräumige Verteilung von Partikeln und Spurengasen in der Atmosphäre. Schadstoffe, die durch vertikale Flüsse von der planetaren Grenzschicht in die freie Troposphäre transportiert werden, können über viele tausend Kilometer über die Ozeane hinweg verteilt werden und gelangen von einem Kontinent zum nächsten. Daher sind die vertikalen Flüsse von großem Interesse in der Atmosphärenforschung. Zur ihrer Bestimmung benötigt Messungen der vertikalen Windgeschwindigkeit mit großer Genauigkeit (<0.1 m/s) und hoher zeitlicher Auflösung (<10-30 s).

Solche Messungen lassen sich mit einem Doppler-Lidar durchführen. Deshalb wurde das am IfT existierende Instrumentarium durch ein gepulstes kohärentes Dopplerlidar ergänzt. Das augensichere 2-µm-Lidar kann Windfelder mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung (50-100 m, 5-10 s) und einer hohen Genauigkeit (<0.1 m/s Fehler in der vertikalen Windkomponente) vermessen. Die Anwendung dieses Lidars in Kombination mit den IfT-Systemen erlaubt es, Transport- und Mischungsprozesse in der unteren Atmosphäre detailliert zu untersuchen. Dieses Potential wurde bereits in einer gemeinsamen Messkampagne mit dem Doppler-Windlidar des Max-Planck-Instituts für Meteorologie Hamburg im Herbst 2003 gezeigt.

Instrument

WiLi ist ein Doppler-Windlidar zur:

  1. Messung der vertikalen Windgeschwindigkeit mit hoher Präzision
  2. Untersuchung von vertikalen Transportprozessen in der planetaren Grenzschicht und der unteren freien Troposphäre (in Kombination mit Mehrwellenlängen-Lidarsystemen)
  3. Bestimmung des Horizontalwindes mit Hilfe eines 3D-Scanners.

Aufbau

Spezifikationen

  • Genauigkeit der Windgeschwindigkeit: 10 cm/s
  • Maximalgeschwindigkeit: ± 20 m/s
  • Maximalhöhe: 15 km
  • Räumliche Auflösung: 75 m
  • Zeitliche Auflösung: 1-5 s

Master Oszillator

Laserkristall: Tm:LuAG
Design: near-hemispherical
Wellenlänge: 2022.5 nm
Leistung: 25 mW

Power Oszillator

Laserkristall: Tm:LuAG
Design: L-förmiger Aufbau
Pulsenergie: 1.5 mJ
Pulsfrequenz: 750 Hz
Frequenzoffset: 80 MHz
Frequenzstabilität: ±1 MHz
Pulsdauer: 450 ns
Chirp: 0.95 MHz/µs

Transceiver

Typ: off-axis Mersenne
Freie Apertur: 140 mm
Photodetektor: InGaAs, 75 µm Durchmesser

Datenerfassung

Vorverstärker: DC - 200 MHz, 20 kV/A
ADC-Wandler: PCI, 8 bit, 250 MS/s
Computer: zwei 2.8-GHz Prozessoren
Datenverarbeitung: 15 km bei 1kHz und 75m Auflösung

Messungen

Vertikalwindentwicklung in der konvektiven planetaren Grenzschicht und einer abgehobenen Aerosolschicht. Rückstreusignal und Vertikalwind beim Durchzug einer rotierenden Böenwalze mit starker Staubaufwirbelung. Beobachtung einer internen Schwerewelle an der Oberkante der Grenzschicht und der Fallgeschwindigkeit von Eiskristallen in einer Altocumuluswolke.

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Letzte Änderung: 2007-01-11