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 Unter hohem Druck elastisch: Bayreuther Forscher erschließen Zusammensetzung des Erdmantels
30.03.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Von der Bottnischen See bis ins Kattegat – Der Klimageschichte der Ostsee auf der Spur
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE