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Aerosol- und Strahlungslabor

Im Aerosol und Strahlungslabor (Nachwuchsguppe Dr. U. Bundke) werden Messinstrumente entwickelt und betrieben, mit deren Hilfe das atmosphärische Aerosol physikalisch charakterisiert wird.

FINCH

Ein besonderer Schwerpunkt liegt zur Zeit auf der Entwicklung eines schnellen Eiskeimzählers FINCH (Fast Ice Nucleus CHamber counter) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB 641“Die troposphärische Eisphase“). Eiskeime initiieren die Eisphase in der Wolke, die ausschlaggebend für die Niederschagsbildung in unseren Breiten über den Bergeron Findeisen Prozess ist. Obwohl dieser Prozess sehr wichtig für unser Wetter und Klima ist, ist über Eiskeime nur wenig bekannt.

Im Mittel ist nur jedes einhunderttausenste bis jedes millionste Aerosolpartikel in der Atmosphäre ein Eiskeim. Die einzige Möglichkeit sie zu erkennen ist sie hohen relativen Feuchten auszusetzen, zu aktivieren und zu Eiskristallen anwachsen zu lassen. Anschließend werden sie optisch detektiert.

FINCH generiert hohe relative Feuchten, bei tiefen Temperaturen (bis minus 40 °C) durch Mischen von Aerosolprobenluft mit trocken-kalter und feucht-warmer Luft. Detektiert werden die angewachsenen Tropfen und Kristalle indem wir die Streustrahlung eines zirkular polarisierten Lasers detektieren. Da neben Eiskristallen auch unterkühlte Tröpfchen entstehen, muss der optische Detektor zwischen Eis und Wasser unterscheiden können. Dies ist möglich, indem gleichzeitig für jedes Pariekl der zirkulare Depolarisationsgrad der gestreuten Strahlung bestimmt wird.

Im Rahmen des DFG Scherpunktprogramms High Altitude and Long Range Research Aircraft (SPP 1294 HALO) wird eine flugzeuggetragene Version "FINCH-HALO" erstellt. Im Rahmen der Forschergruppe (DFG FOR 1525, INUIT) werden Feld sowie Laborstudien zur atmosphärischen Eiskeimen unternommen, sowie eine Tieftemperatur Version (bis -60°C) "FINCH COLD" sowie der phasendiskrminierde Detektor "Bio-IN" um ein Fluoreszenz Sensor ein Fluoreszenz Spektrometer erweitert.

Weiterführende Informationen finden Sie auf auf der INUIT Projektseite RP 1.

Aerosolphotometer

Mit Hilfe des Aerosolphotometers bestimmen wir einen kompletter Satz optischer Eigenschaften von Aerosolpartikeln einer Filterprobe. Die optischen Eigenschaften (Absorptions-, Streu-, Extinktionskoeffizient, Assymmetriefaktor der Streuung) bestimmen die Wechselwirkung der Partikel mit der Strahlung (direkter Effekt der Aerosolpartikel im System Erde Atmosphäre) und somit ihre Klimarelevanz.

Hierzu werden die optischen Eigenschaften des zunächst unbelegten und des belegten Filters bestimmt. Bei den von uns verwendeten Nuclepore ™ Filtern bilden Partikel und Filterschicht ein optisches Zweischichtensystem. Ein solches System kann mit Hilfe eines exakten Strahlungsübertragungsmodells (Additionsmethode) beschrieben werden. Wir bestimmen die Partikeleigenschaften durch Simulation der Messergebnisse mit Hilfe dieses Modells. Wir variieren dabei solange die Partikeleigenschaften das Modellergebnis mit dem Messergebnis übereinstimmt. Mathematisch gesehen handelt es sich hierbei um eine Inversion der Additionsmethode. Vergl. Dissertation U. Bundke

Siebensensor-Bilanzphotometer - Strahlungssensoren

Mi Hilfe des Sieben-Sensor-Bilanzphotometers werden das solare Strahlungsangebot und der Vektor der Nettostrahlungsflußdich bestimmt. Das Bilanzphotometer besteht aus drei Albedometern der Firma Thies mit jeweils zwei Sternförmigen Thermosäulen. Zur Bestimung der direkten Sonnenstrahlung werden entweder ein Pyrheliometer (z.B. Angsroem Kompensationspyrheliometer (Absolutes Messverfahren), oder ein Panzeraktinometer mit polarer Montierung) oder eine Pyranometer mit Schattenring verwendet. Die Detektoren der drei Albedometer stehen jeweils orthogonal zueinander. Mit den drei Albedometern werden die insgesamt sechs Bestrahlungsstärken aus dem oberen und unteren Halbraum, in West/Ost Richtung bw. in Nord/Süd Richtung im Wellenlängenbereich 0.3 - 3.5 µm gemessen. Die Differenzen der Betrahlungsstärken in den drei Richtungen bilden die Komponeten des Vektors der Nettostrahlungsflußdichte.

Mit Hilfe der Messung der gemessenen direkten Sonnenstrahlungsflussdichte F_s , den sehst halbräumliche Bestrahlungsstärken H_1-6, läßt sich nun bei bekanntem Azimutwinkel (phi) und Zenitparamter (µ)der Sonne das Strahlungsangebot in guter Näherung wie folgt bestimmenbestimmen. Vergl. Dissertation U. Bundke

Strahlungsangebot F