8. Aktive Fernerkundungsmethoden

Atmosphärische Fernerkundung

Light Detection And Ranging (Lidar)

http://www.lambdaphoto.co.uk/images/lasers/LIDAR_03.jpg

● Kombination aus Laser und Teleskop

● Laser erzeugt Lichtpulse

● Messung des rückgestreuten Lichts

● Rückstreuung an verschiedenen Komponenten der Atmosphäre

Funktionsprinzip Lidar

Emitter Receiver

Particles

TelescopeSignal

Acquisition

DataStorage SystemLASER

OPTICS

Distanzmessung mit Lidar

Lidar Ziel

d=ct

d=ct

Die Entfernung zum Ziel ergibt sich aus

d=T tot c

2

Elastische und inelastische Streuung

λ λElastic

λ λ1Anelastic

Differential Absorption Lidar (DIAL)

http://lidar.abct.lmd.polytechnique.fr/uploads/images/instrument/lidar_coherent_dial.png

Detektion bei zwei nahe beieinanderliegenden Wellenlängen (on/off), die auf bzw. neben einer Spektrallinie liegen.

Raman-Lidar

http://www.stfc.ac.uk/Chilbolton/resources/image/gif/ramandiag.gif

http://www.arm.gov/science/highlights/images/R00119_1.png

● Ausgehendes Laserlicht bei einer Wellenlänge.

● Inelastisch zurückgestreutes Licht bei anderer Wellenlänge.

● Hohe Laserleistung, hohe Empfindlichkeit notwendig.

Mit Lidar beobachtbare Parameter

http://www.sciencephoto.com/image/93142/large/C0028901-LIDAR_laser_atmospheric_research-SPL.jpg

● Wolkenparameter● Aerosole● Spurengase (DIAL)● Wasserdampf (Raman)● Windgeschwindigkeit

(Doppler)● Temperatur

CALIPSO-Satellit

http://www.nasa.gov/images/content/329173main_CALIPSO-a-train-full.jpg

Lidar-Beobachtungsgeometrie

Beobachtungsgeometrie von oben (Satellit) ist wegen der nach unten zunehmenden Luftdichte günstig.

Meteorologische Radarsysteme● Frequenzbereich

0,3-100 GHz● Pulsleistungen im

kW-Bereich● Rückstreuung vor

allem an Wolkenpartikeln

● Geschwindigkeits-messung mit Doppler-Radar

http://farm5.static.flickr.com/4096/4857036383_b1924b1e0e.jpg

Radarquerschnitt und Niederschlag

● Radarsysteme bestimmen den Radarquerschnitt der Wolken-teilchen bzw. Hydrometeore

● Radarquerschnitt hat Einheit einer Fläche

● Kein einfacher Zusammenhang zwischen Radarquerschnitt und Niederschlagsmenge

http://www.wettergefahren.de/wundk/radar/Webradar_Deutschland.jpg

Wind-Profiler

● Messung von 3D-Windfeldern über Wind-Profiler

● Messung durch Doppler-Effekt

● Größe und Leistung abhängig von Frequenz (einige 10-100 MHz) http://www-das.uwyo.edu/~geerts/cwx/notes/chap15/wp-sche.gif

Sonic Detection And Ranging (SODAR)

● ähnliche Messung wie Wind-Profiler, nur mit Schallwellen ähnlicher Wellenlänge.

● Frequenz: einige kHz.

http://imk-ifu.fzk.de/img/SODAR_gross_gross.jpg