Abteilung Lidar (LID)

Die Abteilung Lidar am Institut für Physik der Atmosphäre entwickelt bodengestützte, flugzeuggetragene und im Weltraum operierende Lidarsysteme und betreibt sie zur aktiven Fernerkundung wichtiger meteorologischer Größen und atmosphärischer Spurengase, die der Erforschung des Wetters und des Klimas, sowie der Sicherheit im Luftverkehr dienen.

Mit ihren Lidarsystemen nimmt die Abteilung an nationalen und internationalen Flugmesskampagnen der Atmosphären- und Klimaforschung teil und trägt zur Erforschung der Atmosphäre vom Erdboden bis in die untere Thermosphäre bei.

Die Abteilung ist inhaltlich stark auf die drei europäischen Lidar-Raumfahrtmissionen Aeolus, EarthCARE und MERLIN ausgerichtet. Die Abteilung stellt für MERLIN den Co-Principal Investigator und unterstützt die Europäische Raumfahrtagentur (ESA) in der Durchführung von Lidarmissionen durch flugzeuggetragene Demonstrationsexperimente, Algorithmenentwicklungen, Sensitivitätsstudien und Validierungsmessungen.

Aeolus und Aeolus-2

Die Kenntnis der Windgeschwindigkeit ist für Wettervorhersage und Klimaforschung von entscheidender Bedeutung. Zwischen 2018 und 2023 hat die europäische Raumfahrtagentur ESA den Satelliten Aeolus im All betrieben. Dieser trug das revolutionäre Instrument ALADIN – das erste europäische Lidar und das weltweit erste Doppler-Windlidar im Weltraum überhaupt. Der Start der Nachfolgemission Aeolus-2 ist als Teil des EUMETSAT Polar System (EPS) Programms für 2031 vorgesehen in Kooperation mit der ESA.

EarthCARE

Die Sonneneinstrahlung treibt die atmosphärische Zirkulation und ist die maßgebliche Größe für das Wetter- und Klimageschehen. Zur Bestimmung des Strahlungshaushalts der Erde, welcher das Klima kontrolliert, ist die genaue Kenntnis der terrestrischen Strahlung und deren Wechselwirkung mit den Wolken und Aerosolen sowie den Spurengasen unbedingt erforderlich. Durch simultane aktive und passive Beobachtungen der Erdatmosphäre im Rahmen der EarthCARE-Mission der ESA, welche im Mai 2024 gestartet werden soll, werden neue Erkenntnisse über die Strahlungswechselwirkung von Wolken und Aerosolen erwartet.

MERLIN

Die Kenntnis der Methanemissionen ist für Klimaprognosen von großer Bedeutung. Unsicherheiten herrschen vor allem in der Beurteilung von Sumpfgebieten in den Tropen und borealen Wäldern, welche als größte natürliche Quellen gelten. Mit Lidarmessungen des Methangehalts der Atmosphäre soll die MERLIN-Mission dazu beitragen, die weltweiten natürlichen und anthropogenen Methanemissionen besser zu quantifizieren. Die Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt von Frankreich und Deutschland mit einem geplanten Start im Jahr 2029.

Forschungsgebiete sind:

  • Messung von Wind und Turbulenz durch DWL-Methoden (Doppler-Windlidar), sowohl mit kohärenten als auch Direktempfangssystemen,
  • Messung von Wasserdampf und Ozon mit der DIAL-Methode (engl. differential absorption lidar),
  • Bestimmung von Kohlendioxid- und Methansäulen durch Nutzung der IPDA-Lidarmethode (engl. integrated path differential absorption),
  • Bestimmung optischer Eigenschaften von Aerosolen und Wolken mit Hilfe der HSRL-Methode (high spectral resolution lidar),
  • Messungen von Wind, Temperatur und Schwerewellen in der mittleren Atmosphäre mittels Rayleigh- und Resonanzlidar,
  • Untersuchung zur synergetischen Nutzung von Lidar- und Radarmethoden zur Bestimmung von Aerosol- und Wolkeneigenschaften,
  • Entwicklung von Empfangssystemen und abstimmbaren Laserquellen für die Lidar-Fernerkundung

Folgende Systeme werden betrieben bzw. entwickelt:

  • Der ALADIN Airborne Demonstrator (A2D) für die Satellitenmission Aeolus, ein flugzeuggetragenes Doppler-Windlidar mit einer Wellenlänge von 355 Nanometern für Windprofilmessungen,
  • bodengestützte und flugzeuggetragene kohärente Doppler-Windlidarsysteme bei 2 Mikrometern und 1.6 Mikrometern für Horizontal- und Vertikalwindmessungen, Spurengasflüsse und Wirbelschleppenuntersuchungen,
  • das Direktempfangs-Doppler-Windlidar AEROLI mit zeitlich und örtlich hochaufgelöster Windmessung für Luftfahrtanwendungen wie Böen- und Wirbelschleppenaussteuerung,
  • der WALES Airborne Demonstrator, ein flugzeuggetragenes H2O-DIAL mit einer Wellenlänge von 935 Nanometern für Wasserdampfprofile, einem HSRL-System für die Aerosolcharakterisierung, sowie einem Kanal für Ozonprofile,
  • CHARM-F, ein flugzeuggetragenes IPDA-Lidarsystem zur Messung von Kohlendioxid- und Methansäulen,
  • TELMA und CORAL, bodengebundene Natrium- und Rayleigh-Lidarsysteme für Messungen von Temperatur und Schwerewellen zwischen 25 und 100 Kilometern Höhe,
  • BOLIDE, ein Mesosphärenlidar auf einem Stratosphärenballon zur Vermessung von Temperaturprofilen und der Untersuchung von Schwerewellen und nachtleuchtenden Wolken,
  • ALIMA, ein flugzeuggetragenes kombiniertes Resonanz- und Rayleigh-Lidar für Messungen von Luft- und Eisendichte, Temperatur und Wind von der Flughöhe bis in die untere Thermosphäre (etwa 100 Kilometer)

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Kontakt

Dr. rer. nat. Andreas Fix

Abteilungsleiter
Institut für Physik der Atmosphäre
Lidar
Münchner Straße 20, 82234 Oberpfaffenhofen-Wessling