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Atmosphärenmessungen für die Klimaforschung

Besonders interessant für:
  • Meteorologie
  • Klimaforschung

Für die Bestimmung der Dichteverteilung von Spurengasen sowie von Temperaturverläufen in der Erdatmosphäre sind quantitative spektroskopische Messungen im infraroten Spektralbereich unentbehrlich. Die Rückführung solcher radiometrischen Messungen auf die Internationale Temperaturskala über das Planck’sche Strahlungsgesetz ist dabei eine unverzichtbare Grundlage, um kleinstmögliche Messunsicherheiten zu erzielen und langfristige Trends sicher nachweisen zu können. Die PTB hat dafür in Zusammenarbeit mit der Bergischen Universität Wuppertal (BUW), dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die Kalibrierstrahler des Atmosphärenforschungsinstruments GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance Imaging of the Atmosphere) mit Messunsicherheiten von kleiner als 100 mK auf die Strahlungstemperaturskala der PTB rückgeführt.

GLORIA ist ein flugzeuggetragenes Infrarot- Fourierspektrometer in Kombination mit einem ortsauflösenden Infrarot- Detektor, das mehr als 16 000 orts- und spektral aufgelöste Atmosphärenbeobachtungen simultan durchführen kann. Mittels der sogenannten Horizontsondierung erzeugt das Instrument dreidimensionale Bilder der Atmosphäre im Spektralbereich von 7 μm bis 13 μm mit bisher unerreichter Auflösung. Von besonderem Interesse ist dabei die dynamische Übergangsregion zwischen der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS-Region) in etwa 10 km bis 15 km Höhe, die eine hohe Relevanz für das Erdklima besitzt.

Für die regelmäßig wiederkehrenden Influg-Kalibrierungssequenzen von GLORIA sind von der BUW großflächige Schwarzkörperstrahler entwickelt worden, die aufgrund einer innovativen Oberflächenstruktur extrem hohe Schwärze bei sehr guter Isothermie aufweisen und damit in sehr guter Näherung während des Fluges Planck’sche Strahlung definierter Temperatur zur Verfügung stellen. Um die sehr hohen Anforderungen an die Kenntnis der Strahlungstemperatur dieser Referenzstrahler erfüllen zu können, wurden sie an der Reduced Background Calibration Facility (RBCF) der PTB umfassend radiometrisch charakterisiert und kalibriert. Die RBCF ist eine in Europa einzigartige Messanlage, die speziell für die Kalibrierung von Instrumenten in der Erdfernerkundung im infraroten Spektralbereich unter anwendungsnahen Bedingungen entwickelt wurde.

GLORIA hat bereits erste Messflüge auf dem russischen Höhenforschungsflugzeug Geophysica während der ESAMesskampagne ESSenCe und auf dem deutschen Forschungsflugzeug HALO während der TACS/ESMVal Campaign durchgeführt, in denen das Instrument seine Funktion und Kalibrierung unter Beweis stellen konnte. Weitere Flüge, insbesondere auf HALO, für das GLORIA entwickelt wurde, werden folgen. Um mögliche Veränderungen in den Strahlungstemperaturen der Referenzstrahler beobachten zu können, wurden die Strahler jeweils vor und nach den entsprechenden Flugzeugkampagnen an der RBCF kalibriert.

Es ist geplant, die erfolgreiche Zusammenarbeit fortzusetzen, um dauerhaft auf die Internationale Temperaturskala rückgeführte, hochgenaue, klimarelevante Daten über die wichtige UTLSRegion der Atmosphäre zu erhalten. Die von der BUW und der PTB gewonnen Erfahrungen an den flugzeuggetragenen Referenzstrahlern sollen u. a. auch in die Entwicklung von Kalibrierstrahlern für ein ballongetragenes GLORIA-Instrument einfließen und damit auch als Test für eine spätere satellitengetragene Version des Fourierspektrometers dienen.

Ansprechpartner

Jörg Hollandt
Fachbereich 7.3 Detektorradiometrie und Strahlungsthermometrie
Telefon: (030) 3481-7369
Opens window for sending emailjoerg.hollandt(at)ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung:

C. Monte, B. Gutschwager, A. Adibekyan, M. Kehrt, A. Ebersoldt, F. Olschewski, J. Hollandt: Radiometric calibration of the in-flight blackbody calibration system of the GLORIA interferometer. Atmos. Meas. Tech. Discuss., 6, 1–45 (2013)