Fazit und Ausblick

ein Akusto-Optisches-Spektrometer. Zudem mußt ein fur Messungen bei 2.5 THz geeig- netes Transmissionsfenster fŸ das Forschungsflugzeug entwickelt werden.

Im Juni 1994 konnte das OH-Radikal in der Atmosphär zum ersten Mal mit einem flugzeuggetragenen Heterodynsystem detektiert werden.

Im September 1994 wurde zudem eine deutliche Systemverbessenmg erzielt, die eine Inversion der gemessenen Spektren von OH bei 2514.321 GHz und HzO bei 253 1.9 17 GHz erlaubte. Hierbei wurde ein Profil des Hydroxylradikals im Höhen bereich 35-70 km berechnet. Fü Wasserdampf wurden Volumenmischungsverhält nisse bei Höhe zwischen 20 und 50 km ermittelt.

Mit dem SUMASITHOMAS-Empfbger wurden minimale Empfängerrauschtemperatu ren von etwa 18000 K im Doppelseitenbandmodus erzielt.

8.2 Fazit und Ausblick

Das flugzeuggetragene SUMASIASUR-Experiment stellt mit seiner hohen Empfindlich- keit und der daraus resultierenden hohen räumliche Auflösun ein leistungsfähige Sy- stem zur Untersuchung kleinräumige Variationen der Spurengasverteilungen von C10, HC1, N 2 0 und O3 in der Stratosphär dar. Die Chloraktivierung innerhalb und am Ran- de des Polarwirbels kann durch die direkten Messungen des Chlorradikals C10 und des Reservoirgases HC1 bestimmt werden. Gleichzeitig erlauben die Messungen des che- misch inaktiven Spurengases NzO eine Unterscheidung zwischen chemisch und dyna- misch bedingten Verlusten der gemessenen Spurengasmischungsverhältniss im Polar- wirbel im Vergleich zu außerhal des Wirbels gemessenen Referenzwerten. Hierdurch ist das SUMASIASUR-System insbesondere in der Lage, eine Abschätzun des Ozonabbaus im Polarwirbel vorzunehmen. Die hohe Empfindlichkeit des Radiometers ermöglich fer- ner zeitlich hochaufgelöst Messungen des Tagesganges von C10 und damit die Untersu- chung des hierfix verantwortlichen ClO-Dimer-Zyklus. Die Messungen könne deswei- teren zur Validation dreidimensionaler chemischer Transportmodelle eingesetzt werden.

Das SUMASIASUR-Radiometer stellt damit ein leistungsfAiges, technisch ausgereif- tes und operationeli nutzbares Meßsyste mit hohem Potential fur die Atmosphärenfor schung dar.

Aufgrund einer noch offenen Finanzierung fü das Jahr 1998 wird das SUMASJASUR- Radiometer voraussichtlich erst wieder im Frühjah 1999 im Rahmen der europäi schen THESE02-Meßkampagn fŸ die Untersuchung chemischer Prozesse in der Stra- tosphär hohes und mittlerer Breiten eingesetzt. Hierbei sollen die Meßflü im Rah-

'Third - European Stratosphenc Experiment on Qzone

KAPITEL 8. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

men des HIMSPEC3-Projekts [Oelhaf, 19971 mit den Messungen des ballongetragenen MIPAS-Instruments IOelhaf et al., 19951 koordiniert werden, sodaà mit Hilfe der MIPAS C10N02-Messungen eine Bilanzierung des stratosphäsische Chlorgehalts möglic wird.

Durch den gleichzeitigen Einsatz des OLEX-Instruments [Wrth & Renger, 19961 auf der FALCON zur Detektion von PSC's in der unteren Stratosphäs kann zudem eine mög liche kleinsäumig Korrelation zwischen den SUMASIASUR ClO-Messungen und dem Auftreten der Wolken untersucht werden. Um hierfiir den nötige Platz im Forschungs- flugzeug zu schaffen, wird das SUMASIASUR-Experiment verkleinert und benötig in Zukunft nur noch zwei Flugzeugracks. Im Rahmen der THESEO-Kampagne werden wie- der eine Anzahl von Meßflüg innerhalb und außerhal des Polarwirbels durchgeführt soda die im Rahmen dieser Arbeit erstmals auf die SUMASIASUR-Daten angewendete NaO-Korrelationsanalyse erneut zur Bestimmung des Ozonabbaus im Polatwirbel einge- setzt werden kann. Ob die Korselationsanalyse bei Verwendung der qualitativ schlech- teren bei 627.752 GHz gemessenen NzO-Daten brauchbare Ergebnisse liefert, muà des- weiteren in Hinblick auf die 1995 und 1997 durchgeführte Messungen dieser Linie noch untersucht werden.

Mit dem 1994 erfolgreich durchgeführte ersten Einsatz des SUMASITHOMAS- Empfingers bei 2.5 THz wurde technisches Neuland betreten und die Leistungsfaigkeit der Heterodyntechnologie fü atmosphäsisch Messungen auch in diesem Spektralbereich durch die Detektion einer OH-Linie bei 2514.321 GHz sowie einer Wasserdampflinie bei 253 1.9 17 GHz unter Beweis gestellt.

Nach dem Ausscheiden der Universitä Bremen aus dem gemeinsamen SUMASITHOMAS-Projekt nach den Messungen im September 1994 wurden von Seiten des Instituts fü Optoelektronik der DLR noch zwei weitere Meßkampagne mit einem eigenen Backend durchgeführt So nahm das THOMAS-System an der SESAMEIII Kampagne im Februar 1995 teil. Ergebnisse dieser Messungen sind in [Titz et al., 1995 (b)] zu finden. 1997 wurde das System erneut fü eine Vergleichs- kampagne mit dem MAHRSIICHRISTA-Experiment [Conway et al., 19961 auf dem Space-Shuttle eingesetzt, wobei erstmals ein verbessertes Flugzeugfenster deutlich geringerer Absorption aus Silizium verwendet wurde.

Der Vorschlag fŸ den Einsatz des THOMAS-Meßsystem auf dem russischen Strato- sphäsenflugzeu GEOPHYSIKA [Hausamann et al., 19971 wurde von der Europäische Union nicht unterstützt obwohl die Beobachtung der unteren Stratosphäs im ,,Limb- SoundingU-Modus die Messung von stratosphäsische OH mit einer Höhenauflösu von etwa 3 km ermögliche würde Hierbei sollte auch ein im Rahmen eines fi-ühere EU-Projekts [ASMOHR, 19951 vom Rutherford Appleton Laboratory in Chilton, Eng- land, neu entwickelter Hohlleiter-mischer fü 2.5 THz zusammen mit dem modifizierten THOMAS-Empfänge zum Einsatz kommen.

Aufgrund der Wichtigkeit des OH-Radikals fü die Atmosphäsenchemi sind dennoch

3&h and giddle Iatitude - speciation of the nitrogen, chlonne. and hydrogen chemical famihes hy a i h o m e measuremenis

8.2. FAZIT UND AUSBLICK

verschiedene Projekte in diesem Zusammenhang geplant. So untersucht die ESA4 die Tauglichkeit von im Ferninfrarotbereich konkurrierender Meßsystem fŸ den satelli- tengestützte Einsatz [Piramhyd, 19971. Demgegenübe wurde auf amerikanischer Seite bereits eine Entscheidung zugunsten eines Ferninfrarot-Heterodynsystems im Rahmen des EOS-MLS-Projekts5 [Waters, 19921 getroffen.

European Space Agency

' B r t h Observation System - Mcrowave Limb Soundei

Anhang A

A.1 Das ASUR Lokaloszillator- und PLL-System

Die Funktionsweise des im ASUR-Empfhger verwendeten frequenzstabilisierten Loka- loszillatorsystems ist bereits in Abbildung 4.3 schematisch dargestellt. Ein kleiner An- teil der Gunn-Oszillator Leistung wird vor dem Frequenzvervielfacher ausgekoppelt und mittels eines harmonischen Mischers mit dem Signal eines Referenzoszillators auf eine Zwischenfrequenz von ^{uzf,pii =} 60 MHz umgesetzt. Übe die Regelung der Versorgungs- Spannung des Gunnoszillators sorgt die PLL-Elektronik fŸ die Stabilisierung dieser Zwi- schenfrequenz und somit des Lokaloszillatorsignales.

Um eine ausreichend stabile Referenzoszillatorfrequenz zu erreichen wird ein verstimm- barer Synthesizer bei Ca. lOOMHz eingesetzt, der eine Frequenzgenauigkeit besser als 10 Hz aufweist. Dessen Signal wird zunächs in einen kommerziell erhältlichen ebenfalls PLL stabilisierten Mikrowellenoszillator eingespeist, der die 90. Harmonische des Ein- gangssignales am Ausgang liefert. Da beim Mischprozeà am harmonischen Mischer der ASUR-PLL zudem die 12. Harmonische zur Erzeugung der 60 MHz-Zwischenfrequenz verwendet wird, laß sich die Lokaloszillatorfrequenz v i , ~ o aus der vorgegebenen Syn- thesizerfrequenz ^{u r e f} wie folgt berechnen:

(A.1) ^{UI.LO = u~~~~ X} 2 X 3 mit U G = ~vref ~X 90 X 12

+

~ ~ f , ~ ; ;

Die elektronische Regelung der Zwischenfrequenz ist bei der ASUR-PLL derzeit nur fŸ

das obere Seitenband vounn

>

(uref X 90 ^X 12) vorgesehen. Beim Einstellen einer Lo- kaloszillatorfrequenz muà zusätzlic zur Verstimmung der Frequenz des Referenzoszil- lators irn Regelfall noch eine Anpassung der Gunn-Ausgangsleistung übe eine manuelle Verstellung der Mikrometerschraube am Gunnoszillator erfolgen. Eine Liste der ASUR- Meßfrequenze inklusive der PLL-Referenzfrequenzen ist in Tabelle A. 1 angegeben.

ANHANG A.

GHz]

1

^[MHz]

P

[GHz] [GHz] [GHz]

SSB-pm Messung Molekül

I I

[um] im Jahr (Signalband)

I I

Tabelle A.1: Meßfrequenze des ASUR-Empfänger inklusive der Lokaloszillator-, PLL- Referenzoszillator- und ersten Zwischenfrequenzen. Die Ausgangsmittenfrequenz des Empfänger ist immer 3.7GHz. Vollständigkeitshalbe sind auch die Ergebnisse der Seitenbandfilter-Kalibrationen (fü 1996 und 1997) angegeben.

Im Dokument Messungen der stratosphärische Spurengase CIO, HCI, Os, N20, H20 und OH (Seite 191-197)