ac3_logo
halo_logo
mcs_skizze
mcs_skizze

Abbildendes Spektrometer AisaEAGLE

gefördert durch: projektbezogen

AisaEAGLE - Beschreibung

AisaEAGLE ist ein abbildendes Spektrometer, welches über einen Messzeile mit 1024 Raumpixeln verfügt. Das Instrument misst Strahldichten in drei Dimensionen: Raum, Zeit, Wellenlänge. Die räumliche und spektrale Dimension werden über eine spezielle Optik aufgelöst, welche die Abbildung auf einen zweidimensionalen Sensor projiziert. Die dritte Dimension, Zeit, ergibt sich entweder durch die Bewegung der Wolken, welche sich über den Sensor hinwegbewegen (bodengebundene Anwendung), oder im Fall flugzeuggetragener Messungen aufgrund der Bewegung des Sensors selber. Abbildung 1 zeigt ein Schema des im Gerät zurück gelegten Weges der mit dem mittleren Raumpixel detektierten elektromagnetischen Strahlung.


Abb. 1: Schematische Darstellung der Funktionsweise eines abbildenden Spektrometers. Schäfer et al. (2013)


Die in das Sichtfeld des AisaEAGLE einfallende elektromagnetische Strahlung wird mit Hilfe einer Linse (objective optics) gesammelt. über einen Eingangsspalt wird diese zunächst vorselektiert, sodass nur elektromagnetische Strahlung entlang eines Streifens den Kollimator erreicht (collimating optics). Dieser lenkt die elektromagnetische Strahlung auf ein Gitter (dispersing element), mit Hilfe dessem die elektromagnetische Strahlung in ihre spektralen Bestandteile zerlegt wird. Diese spektralen Bestandteile werden auf einen Sensor fokussiert, welcher aus einem CCD-Element besteht und die empfangene elektromagnetische Strahlung räumlich und spektral detektiert.


Das Sichtfeld des AisaEAGLE ist abhängig von der bei den Messungen verwendeten Linse. Abbildung 2 zeigt die Größe der in einem einzelnen Raumpixel abgebildeten Wolkenfläche sowie die Breite des gesamten detektierten Messstreifens als Funktion der Wolkenhöhe unter Benutzung einer 36.7° Linse.


Abb.2: (a) Breite des Messstreifens und (b) Pixelgröße für AisaEAGLE unter Verwendung einer 36.7° Linse. Schäfer et al. (2013)


Abbildung 3 illustriert zusätzlich die Messgeometrie, welche benötigt wird die Streuwinkel ϑ für alle Raumpixel zu ermitteln. Der Streuwinkel ϑ für jedes Raumpixel ergibt sich aus dem Skalarprodukt des Vektors der einfallenden elektromagnetische Strahlung (SC) und des Vektors der in Sensorrichtung gestreuten elektromagnetischen Strahlung (CD):


Abb.3: Darstellung der AisaEAGLE Messgeometrie in einem Kartesischen Koordinatensystem (x, y, z) mit Position der Sonne (S), einem streuenden Wolkenpartikel (C) und dem AisaEAGLE Detektor (D). θ0 ist der Sonnenzenitwinkel, φ0 der Sonnenazimutwinkel, ϑ der Streuwinkel und βi der Blickwinkel des entsprechenden Raumpixels. Schäfer et al. (2013)




AisaEAGLE - Anwendung:

AisaEAGLE wurde in der Vergangenheit bereits mehrfach erfolgreich zur Untersuchung mikrophysikalischer (Optische Dicke) und makrophysikalischer (Wolkeninhomogenitäten) Wolkeneigenschaften eingesetzt. Hierbei fand es sowohl bei flugzeuggetragenen als auch bei bodengebundenen Messungen Anwendung. Kampagnen während derer AisaEAGLE verwendet wurde sind:


- SORPIC, VERDI, RACEPAC (AWI-Eagle, Bremerhaven)
- MEGACITIES, CARRIBA, ACRIDICON-Zugspitze (LIM-Eagle, Leipzig)

Das Hauptaugenmerk bei der Verwendung des abbildenden Spektrometers AisaEAGLE während dieser und auch zukünftiger Messkampagnen bestand und besteht in der Untersuchung wolkenmikrophysikalischer Eigenschaften, wie die der optischen Dicke von Wolken. Im speziellen Fall hoher Eiswolken ist die Untersuchung der wahrscheinlichsten Eiskristallform in dem entsprechenden Zirrus von Interesse. Makrophysikalische Wolkeneigenschaften wie Wolkeninhomogenitäten und Wolkenschatten waren und sind bei den durchgeführten sowie zukünftigen Untersuchungen ebenfalls von großem Interesse.


Aufgrund dieses weitreichenden Anwendungsbereiches ist das AisaEAGLE ein hilfreiches Instrument um auch weitere Fernerkundungsmessgeräte während Messkampagnen zu unterstützen und den Rahmen möglicher wissenschaftlicher Erkenntnisse zu erweitern.


Veröffentlichungen


Schäfer et al., Observations and simulations of three-dimensional radiative interactions between Arctic boundary layer clouds and ice floes, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 15, 1421-1469, 2015

Schäfer et al., Application of ground-based hyperspectral imaging to retrieve ice crystal shape and fields of cirrus optical thickness, Atmos. Meas. Tech., 6, 1855-1868, 2013

Bierwirth et al., Optical thickness and effective radius of Arctic boundary-layer clouds retrieved from airborne spectral and hyperspectral radiance measurements, Atmos. Meas. Tech., 6, 1189-1200, 2013


Letzte Aktualisierung am 24. 7. 2018 von Michael Schäfer