Das 2.5 THz-Flugzeugfenster

F% die Messungen bei 2.5 THz mußt ein neues Flugzeugfenster entwickelt werden, da die Absosption von Polyethylen mit der Frequenz stask zunimmt. Aufgrund des kleine- ren Strahldurchmessers beim THOMAS-Empf~ger im Vergleich zum ASUR-Instrument konnte der Bau eines kleineren, dünnere Fensters in Betracht gezogen werden. Wegen

7.3. A T M O S P H ~ U S C H E MESSUNGEN

ihrer mechanischen Stabilitä und relativ guten Transmissionseigenschaften bei 2.5 THz wurden hierfü die Materialien TPX3 sowie HDPE4 in die engere Auswahl genommen.

Kristallines Quartz, welches die besten Transmissionseigenschaften im Terahertzbereich aufweist, kam wegen seiner mechanischen Brüchigkei fŸ den Einsatz auf einem hoch- fliegenden Forschungsflugzeug wie der FALCON nicht in Frage. Messungen mit einem Fourier-Transfom-Spektrometer am Institut fur Optoelektronik ergaben eine etwas bes- sere Transmission fŸ HDPE als fü TPX [M. Birk, persönlich Mitteilung, 19941. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zu Literaturangaben [Birch, 19911. Das im Rahmen dieser Arbeit schließlic konstruierte nur 6 mm dicke HDPE-Flugzeugfenster der Abmessung 100 X 50 mm stellt einen Kompromià zwischen geforderter mechanischer Stabilitä und guter Transmissionseigenschaften dar. Die rechteckige Form wurde gewählt um einen Winkelbereich von 4~3' fü eine Korrektur des Flugzeugrollwinkels durch den rechner- gesteuerten Drehspiegel zu ermöglichen Messungen am fertiggestellten Fenster ergaben eine effektive Transmission von 6 1 %, welche durch eine Leistungsreflektion von 4.3%

pro Oberfläch des Fensters sowie einer Absorption von 33.5% in Polyethylen der Dicke 6 mm gegeben ist [Titz et al., 1995 (a)]. Fabry-Perot Effekte innerhalb des Fensters wur- den durch die Wahl einer Keilfom mit einer Dickendifferenz von 0.15 mm auf 50 rnm Breite unterdtückt Zeichnungen des 2.5 THz Transmissionsfensters fur das Forschungs- flugzeug FALCON sind im Anhang in den Abbildungen A.2 und A.3 zu finden.

7.3 Atmosphärisch Messungen

Im Jahre 1994 fanden im Juni und September zwei Meßkampagne mit dem flugzeugge- tragenen SUMASITHOMAS-Heterodynsystem statt.

Die erste erfolgreiche Messung wurde am 10. Juni 1994 zwischen 11:30 und 14:OO Uhr Ortszeit übe Deutschland bei einer Flughöh von 11.3 km deutlich oberhalb der Tropo- pause durchgefühst Der Beobachtungszenitwinkel betrug dabei 70'. Bei dieser Messung konnte zum ersten Mal das OH-Radikal in der Atmosphäs mit einem Heterodynsystem delektiert werden. Das gemessene Spektrum ist in Abbildung 7.3 (oben) dargestellt. Je- weils 8 AOS-Kanäl wurden gemittelt, s o d d die dargestellte Auflösun etwa 3.4 MHz beträgt Zum Vergleich ist zusätzlic das Ergebnis einer Modellrechnung eingezeichnet, welches lediglich die erwartete Position der OH-Linie verdeutlichen soll. Die beiden Hauptlinien des OH-Tsipletts sind im stark verrauschten gemessenen Spektrum gut zu erkennen. Das Spektrum wurde hinsichtlich der Transmission, Emission und Reflektion des Flugzeugfensters gemä Gleichung (5.1) korrigiert. Dabei wurden die Reflektionen an beiden Seiten des Fensters berücksichtigt Die Rauschtemperatur bei dieser Messung war mit 68000 K (DSB) um etwa einen Faktor 2 höhe als das zuvor im Labor mit der glei-

~ o l y m e t h y l p e n t e n e 4High Density Polyethylene

KAPITEL 7, 25U-2533 GHz: DAS SUMAS/THOMAK-'RADIOMETER

-.yr. ',Ã Wed S e p 28 1991 14-02 u T \ Â £ 9/59.6 SZA 61- 'i -

A0 I-

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2531.60 255$ 70 2551.83 2531.90 2532.0C 2532,',C

"recuency [ G H z ]

Abbildung?..'!: Mit dem SUMASITHOMAS-System im Jahre 1994 gemessene Spektren.

Oben: OH bei 2514.321 GHz vom 10.6.1994 (Tsã ^K; 68000 K (DSB), r=274s, Beobach- tungswinkel zum Zenit: 70° Auflösung Au=3,4MHz). Mitte: OH bei 2514.321 GHz gemes- sen am 28. September 1994 (Tsã rn 18000 K (DSB), ~ = 3 1 4 s , 68O, Au=? .7MHz). Unten:

H20-Messung im oberen Seitenband bei 2531.917GHz, ebenfalls vom September 1994 (T.Tã K; 25000 K (DSB), r=1 OS, 68O, Ai/=2.1 MHz.).

chen Diode vom Typ 1112 erzielte Ergebnis. Zudem wurde trotz der Dauer des Meßfluge von etwa 2.5 h nur eine relativ kurze effektive Integrationszeit von 274 s fŸ die Detek- tion der thermischen Emissionen des Hydroxylradikals bei 2514.32 GHz erreicht. Neben den Kalibrations- und Totzeiten - diese machen etwa 21'3 der Gesarntmeßzei aus - ist dies vor allem auf die fü die Stabilisierung des Lasers wfdx-end des Fluges aufgewendete Zeit zurückzuführe Desweiteren könne nur die bei relativ ruhiger Fluglage (Rollwinkel 5 53') und konstanter Flughöh durchgeführte Einzelmessungen aufintegriert werden.

7.3. ATMOSPHARJSCHE MESSUNGEN

Der zweite Meßflu führt am 28. September 1994 zwischen 14:OO und 16:OO Uhr Orts- zeit wieder übe Deutschland. Hierbei wurde eine maximale Flughöh von 1 1.9 km er- reicht. Aufgrund der an diesem Tage relativ hohen Tropopause konnte die Messung le- diglich im Höhenbereic der Tropopause durchgehhrt werden, wie die Messungen der Außentemperatu ergaben. Um der Absorption der OH-Linie durch den Wasserdampf im Bereich der Tropopause entgegenzuwirken, wurde der Beobachtungszenitwinkel des In- struments mit 68' etwas kleiner gewahlt. Das gemessene Spektrum ist in Abbildung 7.3 (Mitte) mit einer Auflösun von Ca. 1.7 MHz dargestellt. Bei dieser Messung konnte mit einer Schottky-Diode des Typs 1T15 die zuvor im Labor festgestellte Rauschtemperatur von 18000 K (DSB) auch währen des Fluges erreicht und somit das Rauschen im Spek- trum im Vergleich zur Juni-Messung deutlich um einen Faktor 3.5 verringert werden. Die effektive Integrationszeit iü OH betrug dabei 3 14 s. Am Ende des Fluges konnte durch eine Verschiebung des Spektrums in der Frequenz durch Verstimmen des als zweiten Lo- kaloszillator verwendeten Synthesizers auch die HaO-Linie bei 253 1.9 17 GHz im oberen Seitenband gemessen werden. Die Integrationszeit hierfü betrug 190 s und die System- empfindlichkeit war mit einer Empfhgerrauschtemperatur von 25000 K etwas geringer.

Das gemessene Wasserdampfspektmm ist in Abbildung 7.3 (unten) dargestellt. Die Auf- lösun beträg hier 2.1 MHz. Zusätzlic ist wieder das Ergebnis einer Modellrechnung zur Verdeutlichung der Linienposition eingezeichnet. Die im JPL-Katalog angegebenen Linienfrequenzen könne im Rahmen der Meßgenauigkei sowohl fü OH wie auch fü HzO bestätig werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, da in der Hitran 96-Datenbank ein um etwa 85 MHz zu kleiner Wert fü die Mittenfrequenz von HzO bei 253 1.9 17 GHz angegeben ist.

Die Messungen mit dem SUMASITHOMAS-System vom September 1994 brachten al- so eine deutliche Verbesserung der Systemempfindlichkeit gegenübe der im Juni 1994 durchgeführte Messung. Der Untergrund war allerdings durch die größer Wasser- dampfemissionen aufgrund der hohen Tropopause wesentlich höhe als bei der Juni- Messung. Dieser Effekt fŸhr zu einer größer Absorption und damit zu einem klei- neren Linienkontrast. Aufgrund von Modellrechnungen laß sich eine Differenz im Li- nienkontrast in der Größenordnu von ca. 20-30% im Vergleich der bei den Messun- gen vorherrschenden atmosphäsische Bedingungen abschätzen Zudem kann, verursacht durch die verschiedenen Beobachtungszenitwinkel, eine Abweichung in der Größenor nung von Ca. 10% auftreten. OH besitzt einen starken Tagesgang mit Maximalwerten bei höchste Sonnenstand [Salawitch et al., 19941 [Pickert & Peterson, 19961. Der bei der Septembermessung größe Sonnenzenitwinkel laß ebenfalls eine kleinere Linie erwar- ten. Legt man den von [Salawitch et al., 19941 in 19 km Höh gemessenen Tagesgang zugrunde, so beträg die Abweichung des OH-Mischungsverhältnisse in dieser Höh Ca. 40-50% beim Vergleich der Sonnenzenitwinkel der Messungen im Juni und Septem- ber, [Burnett & Bumett, 19961 berichten desweiteren von einer saisonalen Variation der OH-Säulendichte von etwa  10% um den Jahsesmittelwert und einem Minimum im Zeitraum August bis Oktober in der Nordhemisphäre Dieser Effekt ist allerdings klein

KAPITEL 7. 251 3 -2533 GHz: DAS SUMAS/THOMAS'-RADIOMETER

gegenübe den starken Variationen aufgrund des Tagesgangs und des Wasserdampfkonti- nuums.

Die Beobachtung einer kleineren Linie im September ist somit konsistent mit fi-ühere Messungen anderer Instrumente. Die im Juni 1994 durchgeführt SUMASITHOMAS- Messung ist jedoch zu verrauscht, um hieraus eine quantitative Aussage im Vergleich der beiden Messungen ableiten zu können

7.4 Datenanalyse

Die am 28. September 1994 gemessenen OH und HzO-Spektren sollen nun mit dem fü die SUMASIASUR-Messungen eingesetzten Verfahren invertiert werden. Mit Hilfe der als Ergebnis der Inversionen erhaltenen Auflösungsmatrize kann dann eine Aussage übe die Qualitä der Messungen in Abhängigkei von der Höh gewonnen werden.

Zunächs soll eine Inversion der von anderen Linien nahezu ungestörte HzO-Linie bei 253 1.9 17 GHz durchgefuhrt werden. Die Vorgehensweise ist wieder ganz analog wie bei den in Kapitel 5 beschriebenen Inversionen der SUMASIASUR-Messungen.

7.4.1 Allgemeine Eingabeparameter

Die Inversion der HaO-Linie wird an den Höhenstützstell bei Flughöhe 16 km, 20 km, 24 km, 30 km, 40 km, 50 km und 70 km durchgefŸhrt FŸ OH kommen aufgrund des große mesosphäsische Mischungsverhältnisse noch zwei weitere Stützstelle bei 60 km und 80km hinzu. Die Stützstelle bei 16 und 24km entfallen stattdessen. Fü Druck und Temperatur werden NMC-Daten5 verwendet. Bei den Inversionen werden wieder die Spektrummittenfrequenz und der Spektrumoffset als zu bestimmende Pasa- meter behandelt. Als Frequenzunsicherheit wird a priori 1 MHz angenommen und der Offsetfehler beträg 5 K. Die Varianzen der Spektrometerkanäl werden fur die Spek- trumkovarianzmatrizen gemä der Radiometergleichung entsprechend dem theoretischen statistischen Rauschen berechnet. Im Gegensatz zu den SUMASIASUR-Messungen ist beim SUMASITHOMAS-Radiometer das starke Rauschen und nicht die Systemstabi- litä der kritische Faktor. Durch eine etwas stäsker Wichtung des ,,A priori"-Profils soll allerdings eine stabile Inversion gewähsleiste werden. Dieser Effekt wird durch die Multiplikation der diagonalen Spektrumkovasianzmatrizen mit einem Faktor 2 er- reicht. Die fŸ die Strahlungstransferrechnungen verwendeten spektroskopischen Pasa- meter fix die Linienverbreitesung und deren Temperaturabhängigkei sind in Tabelle A.4 im Anhang angegeben. Fü alle anderen spektroskopischen Größ wurde wieder der JPL-Katalog [Pickett et al., 199 11 herangezogen. Zudem wurde die Pasametrisierung des

'National Meteorological Center, USA

7.4. DATENANALYSE

Wasserdampfkontinuums aus Gleichung (3.14) nach [Clough et al., 19891 verwendet. Die nichtresonante Stickstoffabsorption wird gemä Gleichung (3.15) nach [Liebe, 19931 be- rechnet. Zusätzlic werden noch alle Sauerstoff- und Ozonlinien im Frequenzbereich 2400-2600 GHz mitberechnet, um deren Einfluà auf die ,,BaselineL' zu berücksichtigen Im folgenden sollen nun die Besonderheiten der Inversionen fü die beiden Molekül so- wie die aus den Inversionen resultierenden Ergebnisse dargestellt werden.

Das fü die Inversion von HaO bei 2531.917 GHz verwendete ,,A priori"-Profil und die fü die Kovarianzmatrix angenommenen ,,A priori"-Unsicherheiten sind in Abbildung 7.4 (unten links) zu finden. Ebenfalls dargestellt ist das Inversionsergebnis (oben links),

Wed Sep 2 8 1 9 9 4 1 4 : 2 5 UT N51 .0/E9.3 SZA 65.4Â H,O ot 2531 9 1 7 GHz

,

'

^\

-300 -200 -'!C0 0 I00 200 300 O f f s e i frequency [MHz]

Averoging kernels - H 2 0

. . . .

n o o 5 1 0 1 5

AKM

Abbildung 7.4: Inversion der 2531.917 GHz H20-Messung vom 28.9.1994. Oben links: Be- rechnetes Profil mit Fehlerbalken. Das ,,A prioriW-Profil ist gestrichelt dargestellt. Oben rechts: Gemessenes Spektrum Überlager mit der Reproduktion. Zum Vergleich ist gestri- chelt das aus dem ,,A priorir'-Profil berechnete Spektrum dargestellt. Aus Darstellungsgrün den wurde zum ,,A prioril'-Spektrum ein Offset von 20 K addiert. Desweiteren sind die Er- gebnisse fü die zusätzliche freien Parameter Spektrum-Offset und Mittenfrequenz ange- geben. Unten links: ,,A prioril'-Profil mit angenommenen 10-Unsicherheiten. Unten rechts:

Auflösungsfunktione fü die H20-Messung sowie Summe der Auflösungsfunktione (Qua- drate).

KAPITEL 7. 2513-2533 GHz: DAS SUMAS/THOMAS-RADIOMETER

das gemessene Spektrum (oben rechts) und das aus dem Inversionsergebnis berechnete Modellspektrxm, sowie die berechnete Höhenauflösungsmatr (unten rechts). Zum Ver- gleich sind auch das ,,A priori"-Profil und das daraus berechnete Spektrum gestrichelt eingezeichnet. Aus der Einhüllende der Höhenauflösungsmatr laß sich zunächs ab- lesen, da der Einfluà der Messung im Höhenbereic 20-40 km Überwiegt Wähsen der Rückgan bei 16 km auf die geringe Bandbreite von nur etwa 600 MHz zurŸckzuführ ist, wird der Einfluà der Messung bei Höhe oberhalb 40 km durch das starke Rauschen begrenzt. Durch die Inversion werden Wasserdampfmischungsverhältniss von 4-5 ppmv in der mittleren und oberen Stratosphär ermittelt. Das minimale Mischungsverhältni wird mit etwa 2.52~2 ppmv in einer Höh von 24 km gemessen. Darunter kommt es, wie durch die hohe Baseline zu erwarten war, zu einer starken Zunahme des Wasserdampf- gehaltes in der unteren Stratosphäs auf Werte zwischen 11-12ppmv. Der mit etwa 34 K relativ groß Spektrumoffset deutet allerdings darauf hin, da der Wasserdampfgehalt im Bereich der Flughöh noch wesentlich größ war. Aufgsund der begrenzten Bandbreite und dem daraus resultierenden geringen Einfluà der Messung im Höhenbereic unterhalb 16 km konnte ein fü die Modelliemng des Kontinuums ausreichender Wasserdampfge- halt allerdings nicht ermittelt werden. Stattdessen wird das Inversionergebnis in diesem Bereich stark vom ,,A priori"-Profil beeinflußt

Die ,,BaselineG' der im Doppelseitenbandmodus gemessenen OH-Linie bei 25 14,321 GHz wird durch den Linienflüge der Wasserdampflinie aus dem oberen Seitenband bestimmt.

Aus diesem Grund wird fü die Inversion der OH-Messung ein 2-Schicht Modell ange- nommen, bei dem der gesamte Wasserdampf in einer Schicht zwischen der Flughöh und 14 km zu finden ist. Das in dieser Schicht konstante Wasserdampfmischungsverhältni wird anstelle des Spektrum-Offsets als freier, durch das Inversionsverfahsen zu bestim- mender Parameter behandelt. Hierdurch ist eine elegante Berechnung des Spektmmun- tergrundes fü die im Doppelseitenbandmodus gemessene OH-Linie gewähsleistet Die Inversion von stratosphikischem OH ist aufgrund des in der unteren Stratosphike mit we- niger als 1 pptv sehr kleinen aber mit der Höh Ÿbe mehrere Größenordnung stark anwachsenden Mischungsverhältnisse recht schwierig. Deshalb soll der natürlich Loga- rithmus des Mischungsverhältnisse an einer festen Höhenstützstel anstelle des absolu- ten Wertes als freier Inversionspasameter behandelt werden. Da die Logarithmusfunktion nur fü positive Argumente definiert ist, könne auf diese Weise nur positive Mischungs- verhaltnisse durch das Inversionsverfahren ermittelt werden. Das Ergebnis der Inversion fŸ die am 28.9.1994 durchgeführt Messung des OH-Radikals bei 25 14.321 GHz ist in Abbildung 7.5 dargestellt. Das verwendete ,,A priori"-Profil ist wieder unten links ab- gebildet. Als ,,A priori"-Unsicherheit wurde ein relativer Fehler von 50% angenommen.

Die unten rechts dargestellten Auflösungsfunktione geben Aufschluà Ÿbe die Quali-

7.4. DATENANALYSE

Abbildung 7.5: Inversion des am 28.9.1994 bei 2514.321 GHz gemessenen OH-Spektrums.

Oben links: Berechnetes Profil mit Fehlerbalken. Das ,,A prioril'-Profil ist gestrichelt dar- gestellt. Oben rechts: Gemessenes Spektrum überlager mit der Reproduktion. Zum Ver- gleich ist gestrichelt das aus dem ,,A prioril'-Profil berechnete Spektrum dargestellt. Aus Darstellungsgründe wurde zum ,,A priorir'-Spektrum ein Offset von 20 K addiert. Deswei- teren sind die Ergebnisse fü die zusätzliche freien Parameter Mittenfrequenz und Was- serdampf (unterhalb 14 km) angegeben. Unten links: ã priori"-Profil mit angenommenen 1 U-Unsicherheiten. Unten rechts: Auflosungsfunktionen fü die OH-Messung sowie Summe der Auflösungsfunktione (Quadrate).

tat der Messung in Abhängigkei von der Höhe So hat die Messung erst ab einer Höh von etwa 35 km einen signifikanten Einfluà auf das Inversionsergebnis. Oberhalb 70 km nimmt der Einfluà der Messung wieder ab. Im Höhenbereic oberhalb 60 km ist bei die- ser Frequenz zudem die Dopplerverbreiterung größ als die Druckverbreiterung (siehe Abbildung 3. I), so da die Auflösungsfunktione der Stützstelle bei 60 und 70 km stark überlappe und keine Höheninformatio mehr in der Messung vorhanden ist. Die Ernis- sionen aus der unteren Stratosphär sind im Vergleich zum Empf'angerrauschen zu klein, um einen meßbare Beitrag zum Spektrum zu liefern. Das ermittelte Profil (oben links) weicht daher erst ab etwa 35 km vom gestrichelt eingezeichneten ,,A priori"-Profil ab.

Dabei werden etwas kleinere Mischungsverhältniss berechnet. Das aus dem Inversions- ergebnis berechnete Spektrum ist schließlic oben rechts zusammen mit dem gemessenen Spektrum dargestellt. Zum Vergleich ist wieder das aus dem ,,A priorii'-Profil berechnete Spektrum gestrichelt eingezeichnet. Zudem sind das Ergebnis fü die Mittenfrequenz des

KAPITEL 7, 2513-2533 G H z : DAS S U M A S / T H O M S - M D I O m T E R

Spektrometers sowie des berechnete Wasserdampfgehalt f%s die Schicht unterhalb 14 km angegeben. Letztlich kann aus des Messung dieine jedoch keine Bewestung des Ergeb- nisses erfolgen. Direkte Vergleichsmessungen liegen nicht vor. Das Mischungsverhältni bei 40 km bewegt sich mit etwa 135 pptv in des auch von [Pickett & Peterson, 19961 (fiis 3 hPa) und [Pul-k & Carli, 199 11 angegebenen Größenoschun

7.5 Zusammenfassung:

Das SUMASITHOMAS-Radiometer

Im Rahmen zweier Kampagnen konnte die Tauglichkeit der Heterodyntechnologie fü die Messung atmosphäsische Spurengase im Tesahestzbereich erfolgreich demonstsie~t wes- den. Im Juni 1994 w d e das OH-Radikal in des Atmosphär zum ersten Mal mit einem Heterodynsystem, dem in einer Zusammenasbeit zwischen der Uni-Bremen und dem In- stitut fus Optoelektsonik des DLR entwickelten flugzeuggetsagenen SUMASITHOMAS- Radiometer, detektiert. Im September 1994 konnte zudem eine deutliche Systemves- bessemng erzielt werden, die eine Inversion der gemessenen Spektren von O H bei 25 14.321 GHz und H 2 0 bei 253 1.917 GHz erlaubte. Hierbei konnte ein Profil des Hydso- xylradikals im Höhenbeseic 35-70km berechnet werden. Fü Wasserdampf w d e n Vo- lumenmischungsverhältniss bei Höhe zwischen 20 und 50 km ermittelt. Aufgrund des meteorologischen Situation einer hohen Tropopause, die das Vordsingen des Forschungs- flugzeuges in die Stratosphär nicht zuließ ist allerdings ein systematisches Fehler auf- gmnd der staken, aus des Messung nicht genau bestimmbasen Wasserdampfabsosption, nicht auszuschließen

Kapitel 8

Zusammenfassung und Ausblick

Zum Schluà sollen die im Rahmen dieses Asbeit erzielten Ergebnisse noch einmal zusam- mengefaß dasgestellt und ein Ausblick auf zukünftig Entwicklungen und Möglichkeite hinsichtlich des Einsatzes des Instsumente sowie des Datenanalyse gegeben werden.

8.1 Zusammenfassung der Arbeit

Des Eintrag von Chlor- und Bsomvesbindungen anthsopogenen Usspsungs in die Atmo- sphär führ zu einer vor allem in mittleren und hohen Breiten beobachteten Schädigun des vor des ultsavioletten Sonnenstsahlung schützende stratosphäsische Ozonschicht.

A u f g m d des langen Lebensdauem des fur die Ozonzerstösun verantwortlichen Spu- sengase in des Stratosphäs kann mit eines Erholung des Ozonschicht selbst bei Einhal- tung der internationalen Protokolle nicht vor Mitte des nächste Jahrhunderts gerechnet werden [WMO, 19951. Messungen mit dem Ziel des Esfosschung des dynamischen und chemischen Prozesse des stratosphärische Ozonzesstösun sowie der Übeswachun des Zustandes des Ozonschicht sind daher noch auf lange Sicht notwendig.

Zahlreiche iü die Ozonchemie in der Stsatosphär relevante Spusengase besitzen gerade bei Submillimeteswellenlänge ausgeprägt spektrale Signaturen und lassen sich dort mit Ferneskundungsmethoden besonders gut messen. Die Messungen müsse aufgsund der hohen Wassesdampfabsosption in diesem Wellenlängenbeseic von einem Träge obes- halb des Tsoposphäs durchgefühs werden. Ziel dieser Arbeit was aus diesem Gsunde

die Entwicklung, der Einsatz und die Optimiesung von flugzeuggetsagenen Hete- rodynempfhgem bei 650 GHz und 2500 GHz zur Messung des Spusengase ClO, HCl, 0 3 , N 2 0 , H 2 0 und OH in der Stratosphäre

die Anpassung und Weiterentwicklung 170n Invessionsverfahren zur E~mittelung

KAPITEL 8. ZUSAMMENFASSWVG UND AUSBLICK

von Höhenprofile aus den gemessenen dsuckvesbseitesten thermischen Emissions- linien des stratosphärische Spusengase,

0 die Intespsetation des im Rahmen zahlreiches Meßkampagne mit insgesamt etwa 50 Meßflüg gewonnenen Daten mit Hinblick auf den gegenwärtige Zustand der Stsatosphäre

Im ersten Teil des Arbeit wurde zunächs das notwendige Hintergrund~vissen be- reitgestellt, Hierbei wusden die chemische Zusammensetzung und die wichtigsten Transpostpsozesse in des Atmosphär erläutert sowie ein gsundlegender Einblick in die Methodik des Submillimeteswellenradiometsie gewihst. Fe~nes wurden das fü die Bestimmung des atmosphärische Pasametes aus den gemessenen Spektren veswendete Invessionsvesfahsen und das dabei eingesetzte Strahlungstsanspostmodell fur den Sub- millimeterwellenbereich beschsieben.

Des zweite Teil des Arbeit befaßt sich ausfih-lich mit den im Spektralbe- reich 624-654 GHz durchgefühste Messungen stratosphärische Spurengase mit dem SUMASIASUR-Radiometer. Der SUMASIASUR-Empf&ges erzielt seine hohe Emp- findlichkeit durch die Veswendung hochentwickelter SIS1-Dioden als Detektionselemen- te, welche mittels eines frequenzstabilisierten Festkörper-Lokaloszillator gepumpt wer- den. Dabei konnten Empfängersauschtempesature von etwa 450 K im Einzelseitenband- modus esseicht werden.

0 Das SUMASIASUR-System gestattet Messungen des fü den Ozonabbau in des unteren Stsatosphär des winterlichen Polarwisbel hauptverantwortlichen Chlorra- dikals C l 0 bei 649.448 GHz, des Chlorreservoisgases HCl bei 625.917 GHz, des durch chemische Prozesse unbeeinflußte Spurengases N 2 0 bei 627.752 GHz so- wie von Ozon bei 625.372 GHz.

0 Die VOI-aussetzungen zur gleichzeitigen Messung von HCl bei 625.917 GHz und Ozon bei 625.372 GHz wurden 1995 dusch die Anpassung eines breitbandigen, hochauflösende Akusto-Optischen-Spektrometers an das Meßsyste geschaffen.

0 Durch eine Erweitesung des Spektsalbereichs konnte ab 1996 zudem eine zwei- te, durch Ubeslappung mit anderen Linien weniger gestört N20-Linie bei 652.833 GHz gemessen werden.

Nachdem die fiir eine erfolgreiche Durchführun der Meßflü wichtigen instsumentel- len Eigenschaften des SUMASIASUR-Experiments hinsichtlich Systemstabilitä und Sy- stemempfindlichkeit charakterisiert und dargestellt wusden, stand die hpassung des auf

Supmleiter-Isolator-Supmleiter

8.1. ZUSAi'vIMEhEASSUiVG DER ARBEIT

des ,,Optimal-Estimation"-Methode basierenden Invessionsvesfahsens zur Bestimmung von Höhenpsofile aus den dsuckvesbseiterten Emissionslinien im Vordergrund. Insbeson- dere wurde eine Charaktesisiesung des Fehlers und des säumliche Auflösun des atmo- sphäsische Messungen f i s jede der gemessenen Moleküllinie vorgenommen. Schließ lich erfolgte eine Validiesung des Meßergebniss dusch den Vergleich mit den Messungen anderes Instsumente.

Einen weiteren Schwespunkt des zweiten Teils des Asbeit bildete die Interpretation aus- gewählte Messungen aus den Jahren 1996 und 1997 mit Hinblick auf den Zustand des

Einen weiteren Schwespunkt des zweiten Teils des Asbeit bildete die Interpretation aus- gewählte Messungen aus den Jahren 1996 und 1997 mit Hinblick auf den Zustand des

Im Dokument Messungen der stratosphärische Spurengase CIO, HCI, Os, N20, H20 und OH (Seite 178-0)