Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Genaue Wasserdampf-Messungen für bessere Wetter- und Klimamodelle

26.02.2013
Neues PTB-Laser-Hygrometer für Forschungsflugzeuge beweist seine Eignung als Transfernormal.

Ein von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) entwickeltes Luftfeuchte-Messgerät, das SEALDH-Laserhygrometer, hat sich beim Einsatz im Flugzeug bewährt und bringt alle Voraussetzungen mit, herkömmlichen Feuchte-Messgeräten als Transfernormal zu dienen. Dadurch ließe sich die Qualität von Luftfeuchtemessungen in der Erdatmosphäre – und damit auch von Klima-Modellrechnungen – verbessern.


Das Laser-Hygrometer der PTB absolvierte in einem Learjet 35A sieben Flüge und bestätigte dabei, dass es anderen Luftfeuchte-Messgeräten als Vergleichsstandard dienen kann. Ein solcher Standard – Metrologen sprechen von einem „Normal“ – ist notwendig, um die Aussagekraft von Messdaten zu erhöhen.
Foto: Rolf Maser, enviscope GmbH

Feuchtemessungen in der Atmosphäre sind von größter Bedeutung, weil Wasserdampf den atmosphärischen Strahlungshaushalt der Erde als wichtigstes natürliches Treibhausgas stark beeinflusst und somit entscheidend unser Klima bestimmt. Er ist zudem für Wetterphänomene wie Wolkenbildung und Niederschlag verantwortlich. Der atmosphärische Wassergehalt stellt daher in allen Klimamodellen, aber auch für die Wettervorhersage eine zentrale Größe dar, die exakt ermittelt werden muss, wenn man tragfähige Vorhersagen vom Wetter bis hin zu zukünftigen Klimaentwicklungen treffen will.

Doch den Wasserdampf bis in die obere Atmosphäre zu messen ist keine leichte Aufgabe, was dazu führt, dass sich Luftfeuchtemessungen, die von verschiedenen Forschungsprojekten mit unterschiedlicher Technik ermittelt werden, selbst im aufwendigen Laborvergleich bisher mitunter um mehr als 10 % unterscheiden [1]. Wolken-, Niederschlags- und auch komplexe Klimamodellrechnungen sollten jedoch auf möglichst exakten Messdaten beruhen, um aussagekräftig zu sein.

Um die Qualität der atmosphärischen Wasserdampfmessung zu erhöhen und für eine bessere Vergleichbarkeit zu sorgen, haben PTB-Wissenschaftler das rückführbare Laser-Hygrometer SEALDH entwickelt. SEALDH steht für Selective Extractive Airborne Laser Diode Hygrometer und funktioniert nach dem Prinzip der durchstimmbaren Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS). Der Einsatz im Flugzeug erfordert, dass es klein, leicht und vibrationsunempfindlich ist, viele Messungen in kurzer Zeit durchführen sowie autonom agieren kann [2], um sich beispielsweise dauerhaft zu überwachen oder nach Störungen wieder selbst in Betrieb zu nehmen. Doch SEALDH ist darüber hinaus auch selbstkalibrierend. Das ist ein deutlicher Vorteil gegenüber herkömmlichen Feuchtemessgeräten, die häufig und teilweise auch unter schwierigen Bedingungen, z. B. im Hangar, kalibriert werden müssen.

In einer wissenschaftlichen Mission auf einem Learjet 35A konnte SEALDH nun auch unter Feldbedingungen auf sieben Flügen seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen, nachdem es zuvor einen erfolgreichen Blindvergleich mit mehreren etablierten Flugzeughygrometern an der Umweltsimulationskammer des Forschungszentrums Jülich [3] absolviert hatte. Im Flugbetrieb bewies das Laser-Hygrometer eine Nachweisgrenze im ppm-Bereich, einen sehr großen Messbereich zwischen 25 ppm und 25 000 ppm Volumenanteil Wasser sowie eine exzellente zeitliche Auflösung deutlich unter einer Sekunde.

Darüber hinaus haben PTB-Wissenschaftler SEALDH mit dem nationalen Feuchtenormal der PTB verglichen und dabei eine mittlere Abweichung von unter 2 % erreicht. Diese Fähigkeiten sind die Basis, um SEALDH mittelfristig als Transfernormal zur Qualitätssicherung von Luftfeuchtemessungen in der Atmosphärenforschung einzusetzen.

Was bedeutet „rückführbar messen“?

An der Erforschung klimarelevanter Prozesse in der Atmosphäre arbeiten rund um den Globus zahlreiche Forschungsgruppen mit unterschiedlichen Messverfahren und unter verschiedenen Bedingungen. Um ihre Messergebnisse vergleichbar zu machen, wäre es sinnvoll, rückführbar zu messen. Das bedeutet: Die Messunsicherheit eines verwendeten Geräts im Vergleich zu einem bestmöglichen Standard muss bekannt sein. Einen solchen Standard könnte mittelfristig SEALDH darstellen, da es seine Eigenschaft als Transfernormal auch unter realen Flugbedingungen bewiesen hat und mit dem primären Feuchtenormal der PTB verglichen wurde. if/ptb

Ansprechpartner in der PTB

Prof. Dr. Volker Ebert, Dipl. Phys. Bernhard Buchholz
Fachbereich 3.2 Gasanalytik und Zustandsverhalten,
Telefon: (0531) 592-3200, E-Mail: volker.ebert@ptb.de
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
[1] H. Saathoff , C. Schiller, V. Ebert, D. W. Fahey, R.-S. Gao, O. Möhler, and the AQUAVIT Team, The AQUAVIT formal intercomparison of atmospheric water measurement methods, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-10485, 2008,SRef-ID: 1607-7962/gra/EGU2008-A-10485 und D. Fahey, R. Gao: Summary of the AquaVIT water vapor inter-comparison: static experiments (2009), https://aquavit.icg.kfa-juelich.de/WhitePaper/AquaVITWhitePaper_Final_23Oct2009_...

[2] B. Buchholz, N. Böse, S. Wagner, V. Ebert: Entwicklung eines rückführbaren, selbstkalibrierenden, absoluten TDLAS-Hygrometers in kompakter 19“ Bauweise. AMA-Science, ISBN: 978-3-9813484-0-8, 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 201, 22. 5. 2012, Nürnberg, Germany, DOI: 10.5162/sensoren2012/3.2.3

[3] B. Buchholz, B. Kühnreich, H.G.J. Smit, V. Ebert: Validation of an extractive, airborne, compact TDL spectrometer for atmospheric humidity sensing by blind intercomparison. Appl Phys B, DOI 10.1007/s00340-012-5143-1, 2012

Imke Frischmuth | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wichtiger Prozess für Wolkenbildung aus Gasen entschlüsselt
05.12.2016 | Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.

nachricht Expedition ans Ende der Welt
29.11.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten