Universität zu Köln

Institut für Geo­phy­sik und Me­teo­ro­lo­gie

Wolkenfernerkundung mittels Mikrowellenradiometrie

Passive Mikrowellenradiometer ermöglichen die Beobachtung atmosphärischer Parameter wie etwa Flüssigwassergehalt, Temperatur- und Feuchteverteilung unter nahezu allen Wetterbedingungen und sind demnach eine wichtige Komponente um beispielsweise langfristige Klimadaten zu sammeln. Das Insitut für Geophysik und Meteorologie der Universität zu Köln betreut in Zusammenarbeit mit dem Meteorologischen Institut der LMU München deshalb zwei Mikrowellenempfänger an der UFS:

Dies ist zum einen der "Humidity and Temperature PROfiler (HATPRO, seit 2005) sowie das Dual Polarization Radiometer (DPR, seit 2007) welche zusammen die Beobachtung der Atmosphäre im Frequenzbereich von 22 - 150 GHz ermöglichen.

 

DPR (links) und HATPRO (rechts) Mikrowellenradiometer auf der Messterrasse der UFS.
DPR (links) und HATPRO (rechts) Mikrowellenradiometer auf der Messterrasse der UFS.

Mit Hilfe der beiden Radiometer können u.a. folgende atmosphärischen Parameter in hoher zeitlicher Auflösung abgeleitet werden:

  • Vertikales Temperatur- und Feuchteprofil
  • Säulengehalte von Wasserdampf (IWV) und Flüssigwasser (LWP) 
  • Information über Schneewassergehalt 
  • Information über Orientierung von Niederschlagspartikel (z.B. Schneeflocken)

Desweiteren erlauben die besonderen Bedingungen an der UFS durch die Kombination von HATPRO und DPR gerade dünne Flüssigwasserwolken und Wolken mit unterkühltem Flüssigwasser (= flüssiges Wasser unterhalb des Gefrierpunktes) mit besonders hoher Genauigkeit zu erfassen. Diese Wolken sind besonders klimarelevant, da sie einen starken Einfluß auf die Strahlungsbilanz haben. Der Aufbau langfristige Datensätze ist daher für Satelliten- und Modellevaluationen von großer Bedeutung.

Neben den kontinuierlichen radiometrischen Messungen wurden im Rahmen des TOSCA Projekts die passiven Beobachtungen durch Radar und in-situ Messungen ergänzt um die Mikrophysik von Schneefall genauer zu untersuchen.

TOSCA - Mikrophysikalische Eigenschaften des Schnees

Während des TOSCA - Projektes wurden auf der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus mit einer einzigartigen Kombination von Fernerkundungsgeräten die mikrophysikalischen Eigenschaften fallenden Schnees untersucht. Ein Großteil des globalen Niederschlags fällt als Schnee und selbst Regen entsteht in den mittleren und hohen Breiten meist aus schmelzenden Eis- und Schneepartikeln. Die Kenntnis der globalen Schneefallverteilung ist daher von besonderer Bedeutung für Klimastudien - besonders in Hinblick auf den sich rapide verändernden Wasserkreislauf in den polaren Gebieten.

Das Grundproblem bei der Ableitung von Schneefallparametern ist jedoch die hohe räumliche und zeitliche Variabilität des Schneefalls bzw. der Schneekristalltypen und deren Größenverteilungen. Hinzu kommt die Problematik, dass sich die Wechselwirkung der Schneepartikel mit atmosphärischer Strahlung nur sehr schwer modellieren lässt. Genau an dieser Stelle greift das TOSCA Projekt an indem es die einzelnen Messungen von passiven Mikrowellenempfängern (Radiometern), aktiven Radarsystemen und in-situ Messverfahren zu einen zusammenhängenden Datensatz vereint. Basierend auf diesen Daten werden sog. "retrieval" entwickelt um aus den synergistischen Daten die eigentlichen physikalischen Parameter wie z.B. Schneewassergehalt und dessen vertikale Verteilung abzuleiten. Um dieses Ziel zu erreichen ist nicht nur eine aüßerst sorgfältige Auswertung und Qualitätskontrolle der Messdaten erforderlich, sondern auch eingehende Simulationsstudien, welche die Interaktion (z.B. Streuprozesse) der Mikrowellenstrahlung mit den Schneekristallen untersuchen.

TOSCA - Instrumente
Ansprechpartner
Prof. Dr. Susanne Crewell
Universität zu Köln
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Tel. +49 221 470-5286
Fax +49 221 470-5161

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Dr. Ulrich Löhnert
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