Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Quantensprung in Klimabeobachtung: Grazer Forschern gelingt erstmals globale Messung von Treibgasen

06.07.2011
Eine Revolution in der Messung von Treibhausgasen ist Univ.-Prof. Dr. Gottfried Kirchengast mit seinem Team an der Karl-Franzens-Universität Graz gelungen.

Der Leiter des Wegener Zentrums hat mit KollegInnen eine Methode entwickelt, die es erstmals ermöglicht, Treibhausgaskonzentrationen in der freien Atmosphäre langfristig und äußerst genau weltweit zu messen. Gleichzeitig liefert das System auch exakte Daten zu Temperatur, Druck, Feuchte und Wind.



Niedrigfliegende Satelliten (Low Earth Orbit = LEO) in 500 bis 600 km Höhe bilden die Basis der LEO-LEO Mikrowellen-Okkultation (LMO) und Infrarotlaser-Okkultation (LIO): Mikrowellen- und Infrarotlaser-Signale durchqueren die Atmosphäre und werden dabei von Brechung und Absorption beeinflusst. Daraus lassen sich vertikale Profile von Treibhausgasen und anderen Klimavariablen wie Temperatur und Wind ableiten. Uni Graz / WegCenter

Die bahnbrechende Entwicklung könnte zur Referenzmethode für das Monitoring des Klimawandels in der freien Atmosphäre im 21. Jahrhundert werden, wie in der aktuellen Online-Ausgabe des Top-Journals „Geophysical Research Letters“ zu lesen ist.

Die neue Methode beruht auf Messungen mit Hilfe von Mikrowellen- und Infrarotlaser-Signalen. Bei der Mikrowellen- und Infrarotlaser-Okkultation senden eigene Sender-Satelliten Signale aus, die von Empfänger-Satelliten aufgefangen werden. Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre werden die Signale gebrochen und teilweise absorbiert, so dass sie gedämpft beim Empfänger ankommen.

Und hier machen sich die ForscherInnen des Wegener Zentrums unveränderliche quantenmechanische Eigenschaften der Gase zunutze: „Die verschiedenen Treibhausgase – wie Kohlendioxid (CO2), Methan, Lachgas, Ozon und Wasserdampf – absorbieren die Infrarotlaser-Signale auf ganz bestimmten Wellenlängen stark und dazwischen fast gar nicht. Jedes Gas hat ganz charakteristische Absorptionslinien“, erklärt Kirchengast. Bei Wahl der richtigen Linien für Absorptions-Signale lässt sich dann die jeweilige Konzentration der Gase und auch die Windstärke bestimmen. Daten zu Temperatur, Druck und Feuchte werden über die Signale der Mikrowellen-Okkultation gewonnen, bei deren Entwicklung die Grazer ForscherInnen auch international führend mitwirken. „Alle diese Daten weisen eine Qualität auf, die selbst ausgesuchte Bodenstationen mit rein lokaler Messung schwer erreichen“, betont Kirchengast.

Gottfried Kirchengast hatte die zündende Idee bereits Ende 2004 – zunächst nur eine faszinierende Hypothese. Seitdem leitet er die Forschung in einem immer größer werdenden internationalen Team. Dr. Susanne Schweitzer, Koautorin der aktuellen Publikation in den Geophysical Research Letters und Mit-Pionierin seit der ersten Phase, trug im Rahmen ihrer Dissertation am Wegener Zentrum substanziell die Umsetzung der Idee zur realisierbaren Methode mit. Die junge Forscherin hat unter anderem herausgefunden, welche Absorptionslinien für die Infrarotlaser-Okkultation überhaupt in Frage kommen. „Im möglichen Bereich im Kurzwellen-Infrarot gibt es über hunderttausend Linien, jedoch nur wenige Dutzend waren letztlich geeignet“, so Schweitzer.

Klima-Monitoring der ganzen Erde ist nur mit Hilfe von Satelliten möglich. Bisher konnten in der freien Atmosphäre, die etwa zwei bis drei Kilometer über der Oberfläche beginnt, nur Temperatur und Druck mit vergleichbarer Qualität gemessen werden, und zwar mittels GPS Radio-Okkultation. Auch dabei ist die Grazer Gruppe eine der international führenden. Für die weltweite Beobachtung weiterer Klimagrößen und vor allem der Treibhausgase gab es kein geeignetes System. Derzeit basieren einschlägige Daten auf punktuellen Messungen aus Ballons oder Flugzeugen sowie auf Modellberechnungen und vergleichsweise ungenauen Satellitendaten. Die Mikrowellen- und Infrarotlaser-Okkultation lässt durch die Möglichkeit der hochgenauen und gleichzeitig modellunabhängigen Beobachtung auf weitreichende neue Erkenntnisse zum Klimawandel hoffen.

Publikation:
Gottfried Kirchengast and Susanne Schweitzer: “Climate benchmark profiling of greenhouse gases and thermodynamic structure and wind from space”, in: Geophysical Research Letters, vol. 38, L13701, doi:10.1029/2011GL047617, 2011

Link (open access): http://www.agu.org/pubs/crossref/2011/2011GL047617.shtml

Die Arbeiten werden von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG (Austrian Space Applications Programme) und der European Space Agency ESA gefördert.

Gudrun Pichler | Karl-Franzens-Universität Graz
Weitere Informationen:
http://www.wegcenter.at/
http://www.uni-graz.at/igam
http://www.agu.org/pubs/crossref/2011/2011GL047617.shtml

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern
15.09.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik