Zoll, Yann (2008) Bestimmung des Flüssigwasserpfades aus Mikrowellenradiometer- und Wolkenkameramessungen. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität, Kiel, 97 pp.

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Abstract

Die Fernerkundung der Atmosphäre im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums ist ein wichtiger Zweig der Fernerkundung, so wohl vom Satelliten als auch vom Boden aus. Für eine hohe vertikale Auflösung in der unteren Troposphäre und im Speziellen der bodennahen Grenzschicht hat sich die bodengestützte Fernerkundung als Vorteil erwiesen. Hier werden passive Mikrowellenradiometer zur Messung des Wasserdampfgehaltes in der Atmosphärensäule sowie zur Bestimmung des Flüssigwassers in einer Wolkensäule eingesetzt. Durch Hinzunahme einiger ausgewählter Frequenzen können gleichzeitig Temperatur- und Feuchteprofile bestimmt werden. Diese Messmethoden fanden bislang ihre Anwendung an Land.Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll der Betrieb eines Mehrkanal-Mikrowellen-Radiometers an Bord eines Schiffes auf dem offenen Ozean untersucht und der Algorithmus zur Fernerkundung der Atmosphäre an maritime Bedingungen angepasst werden. Dazu ist das Gerät auf zwei Überführungsfahrten der FS Polarstern zwischen der Nord- und der Südhemisphäre eingesetzt worden. Bei dem Mikrowellenradiometer handelt es sich um das HATPRO (engl.: Humidity And Temperature PROfiler) der Firma Radiometer Physics aus Meckenheim. Durch den Einsatz von Filterbankempfänger kann gleichzeitig an den 14 vom Radiometer verwendeten Frequenzen die thermische Emission entlang der Absorptionslinie von Wasserdampf im Bereich von 22 GHz bis 31.4 GHz und der Absorptionslinie von Sauerstoff im Bereich von 51.2 GHz bis 58 GHz gemessen werden. Somit ist für die Messung eine hohe zeitliche Auflösung möglich.Weitere technische Details zum HATPRO und dessen Funktionsweise werden in Kapitel 3 gegeben. Mit Hilfe von Fernerkundungsalgorithmen werden aus der thermischen Emission Temperatur- und Feuchteprofile, der Wasserdampfgehalt einer Atmosphärensäule IWV (engl.: Integrated Water Vapor) und der Flüssigwassergehalt einer Wolkensäule LWP (engl.: Liquid Water Path) berechnet. Die Erstellung solcher Algorithmen sowie die Notwendigkeit verschiedener Algorithmen für unterschiedliche Klimazonen wird in Kapitel 4 beschrieben. Dazu wird eine Strahlungstransportrechnung zur Simulation der thermischen Emission aus Radiosondendaten durchgeführt, aus welcher dann mittels quadratischer Regressionen die Fernerkundungsalgorithmen erstellt werden. Der theoretische Hintergrund für die Strahlungstransportrechnung wird in Kapitel 2 gegeben. Die daraus resultierenden neuen Algorithmen liefern im Vergleich zu den mitgelieferten, besonders in tropischen und subtropischen Breiten, bessere Ergebnisse. Die Anwendung auf die Rohdaten der zwei Überführungsfahrten liefert die in Kapitel 6 gezeigten atmosphärischen Schnitte der Temperatur, der Feuchte, sowie IWV und LWP entlang der Fahrtroute. Aus den so gewonnenen Daten atmosphärischer Profile von Feuchte und Temperatur, sowie den meridionalen Verteilungen von IWV und LWP lassen sich bei weiteren Schiffseinsätzen des HATPROs Klimatologien erstellen.

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