CHARLICE – Kompaktes Heterodyn–Aerosol–Rayleigh–Brillouin–Lidar mit einer Wellenlänge von 532 nm zur Beobachtung von Eisbildungsprozessen

• Antragsteller: Dr. Ronny Engelmann
• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539150939

Die Verwendung von Dopplerlidaren zur Windmessung hat vielseitige Einsatzmöglichkeiten in der Meteorologie und im Energiesektor. Man unterscheidet zwischen Dopplerlidaren mit direkter (mittels Spektrometern) und heterodyner Detektion (mittels Schwebung durch Überlagerung zweier Lichtquellen). Systeme mit direkter Detektion, z.B. das Weltraumlidar ALADIN, arbeiten meist im ultravioletten Wellenlängenbereich und haben den Vorteil, auch in einer partikelfreien Atmosphäre ein Signal durch Streuung an Luftmolekülen zu liefern. Allerdings liegt der Messfehler oft bei mehreren Metern pro Sekunde. Heterodyne Systeme arbeiten im infraroten Bereich und erreichen Genauigkeiten bei der Windgeschwindigkeit von einigen Zentimetern pro Sekunde. Solche Geräte sind bereits kommerziell erhältlich und werden vielseitig eingesetzt. Durch eine Kooperation von TROPOS mit drei Industriepartnern ist ein neuartiges Dopplerlidar entwickelt worden, welches die Vorteile beider Systeme kombiniert, bei einer Wellenlänge von 532 nm arbeitet und dabei eine heterodyne Detektion verwendet. Die Verwendung von sichtbarem Licht stellt dabei ein absolutes Novum für diesen Lidartyp dar, da somit erstmals auch ein Molekülsignal in partikelfreier Atmosphäre gemessen werden kann. Ebenso ist es möglich, ein spektral aufgelöstes Rückstreusignal der Partikel mit Hilfe des Molekülsignals zu kalibrieren. TROPOS befasst sich intensiv mit Untersuchungen von Wolkenbildungsprozessen. Mischphasenwolken und deren mikrophysikalische Eigenschaften stehen dabei im Fokus des Interesses. Mit diesem Lidar soll erstmals die Extinktion von Eiskristallen spektral aufgelöst, d.h. aufgrund der unterschiedlichen Fallgeschwindigkeit der Kristalle auch größengetrennt, gemessen werden. In Kombination mit einem Doppler-Wolkenradar soll dann im Anschluss das Größenspektrum der Eispartikel in Mischphasenwolken abgeleitet werden. Im Vergleich zu vorherigen Ansätzen ist dann keine a-priori Annahme zum Eispartikelspektrum mehr notwendig. Ebenso neuartig ist der Vorsatz, mit diesem Lidar Wind in partikelfreier Luft (z.B. in der freien Troposphäre) zu erfassen. Für diese Aufgaben wird in dem vorliegenden Antrag eine Doktorandenstelle beantragt. Derzeit beschäftigt sich Felix Fritzsch im Rahmen seiner Masterarbeit intensiv mit diesem Dopplerlidar. Jedoch sind noch weitere technische Schritte notwendig, um die volle Leistungsfähigkeit des Systems zu erreichen und beurteilen zu können. Der erste Teil des Promotionsvorhabens wird sich deshalb intensiv mit noch notwendigen technischen Entwicklungen befassen, während im zweiten und dritten Teil die Messungen und die Untersuchung der Mikrophysik von Eiskristallen im Fokus stehen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Johannes Bühl