Prof. Rapp - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik an der ...
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Vorstellung <strong>der</strong> Abteilung<br />
„Radarsondierungen<br />
und Höhenforschungsraketen“<br />
<strong>Prof</strong>. Markus <strong>Rapp</strong><br />
<strong>Leibniz</strong> <strong>Institut</strong> <strong>für</strong> <strong>Atmosphärenphysik</strong> <strong>an</strong> <strong>der</strong> Universität Rostock,<br />
Kühlungsborn
Übersicht<br />
• Das IAP: kurze Übersicht<br />
• Was ist <strong>an</strong> <strong>der</strong> mittleren Atmosphäre<br />
interess<strong>an</strong>t?<br />
• Methoden und Arbeitsfel<strong>der</strong> <strong>der</strong> Abteilung
Das IAP: eine kurze Übersicht<br />
#3
#4<br />
Fakten zum IAP<br />
• ~70 Mitarbeiter, davon 45 Wissenschaftler<br />
(einschl. 20 Doktor<strong>an</strong>den, Diplom<strong>an</strong>den, HK)<br />
• Neugründung 1991 ; Neubau: 1995<br />
• 3 Abteilungen:<br />
– Optik (<strong>Prof</strong>. Lübken, Direktor)<br />
– Radar + Höhenforschungsraketen (<strong>Prof</strong>. <strong>Rapp</strong>)<br />
– Theorie + Modellierung (<strong>Prof</strong>. Becker)<br />
• Verwaltung, Rechner, Werkstatt, Bibliothek<br />
• Außenstellen: Juliusruh (ALOMAR,<br />
Spitzbergen)
Schwerpunkte des IAP:<br />
1. Erforschung <strong>der</strong> Mesosphäre<br />
2. Kopplung <strong>der</strong> Schichten<br />
3. Trends
1. Erforschung <strong>der</strong> Mesosphäre<br />
Thermosphäre<br />
Winter<br />
Sommer<br />
Altitude [km]<br />
Mesosphäre<br />
Eis-Partikel<br />
Stratosphäre<br />
Troposphäre<br />
Temperature [K]
Eispartikel in <strong>der</strong> polaren Sommermesopause: NLC/PMC
Schwerpunkte des IAP: 2. Kopplung <strong>der</strong> Schichten<br />
19/02/2010
Schwerpunkte des IAP: 2. Kopplung <strong>der</strong> Schichten<br />
Die Ionosphäre: Freie Ladungsträger<br />
durch energiereiche solare Strahlung:<br />
Elektronen und Ionen<br />
Kopplung „von oben nach unten“<br />
Einfluss energiereicher<br />
solarer Strahlung<br />
70<br />
19/02/2010
3. Trends: Klimaw<strong>an</strong>del in <strong>der</strong> mittleren Atmosphäre<br />
courtesy: J. Bremer, IAP
3. Trends: Klimaw<strong>an</strong>del in <strong>der</strong> mittleren Atmosphäre<br />
Zum Vergleich:<br />
Troposphärische Temperaturän<strong>der</strong>ung (40 Jahre) ~ 0.6°<br />
aus<br />
=> 40facher Effekt in Mesosphäre<br />
Garcia et al., 2007<br />
courtesy: J. Bremer, IAP
Methoden und Arbeitsfel<strong>der</strong> <strong>der</strong><br />
Abteilung „Radars und Raketen“
Die Abteilung „Radars und Raketen“<br />
<strong>Prof</strong>. Dr. M. <strong>Rapp</strong> Dr. R. Latteck Dr. W. Singer Dr. P. Hoffm<strong>an</strong>n Dr. B. Strelnikov Dr. M. Zecha<br />
Dr. N. Engler Dr. I. Strelnikova Dr. G. Stober D. Keuer J. Mielich<br />
H.-J. Heckl<br />
J. Trautner<br />
J. Wedrich T. Barth<br />
R. von Rein Q. Li M. Placke T. Renkwitz
Methoden: 1. Radarsondierung<br />
Radar = Radio Detecting <strong>an</strong>d R<strong>an</strong>ging<br />
19/02/2010
Untersuchungen <strong>der</strong> Atmosphäre mit Radar<br />
Sen<strong>der</strong>/<br />
Empfänger<br />
Radarpuls<br />
Lichtgeschwindigkeit<br />
Ziel
Untersuchungen <strong>der</strong> Atmosphäre mit Radar<br />
Sen<strong>der</strong>/<br />
Empfänger<br />
Ziel<br />
Entfernung = Lichtgeschwindigkeit x Zeit<br />
19/02/2010
Untersuchungen <strong>der</strong> Atmosphäre mit Radar<br />
Sen<strong>der</strong>/<br />
Empfänger<br />
Ziel<br />
Entfernung = 2 x Lichtgeschwindigkeit x Zeit<br />
=> Zeit = Entfernung / (2 x Lichtgeschwindigkeit)<br />
19/02/2010
Untersuchungen <strong>der</strong> Atmosphäre mit Radar: Der Dopplereffekt<br />
19/02/2010
Das Doppler-Radar<br />
Beobachtungegrößen eines Doppler-Radars<br />
u<br />
Signalstärke<br />
f d =2f/c ∗ u<br />
f 1/2 =(2 ln2) 1/2 ∗2f/c ∗ u rms<br />
Frequenz<br />
Signalstärke (Power) ~ Reflektivität (Eigenschaften des Ziels)<br />
Dopplerverschiebung ~ Geschwindigkeit des Ziels entl<strong>an</strong>g des Radarstrahls (Wind)<br />
Dopplerverbreiterung ~ Geschwindigkeitsfluktuationen im Zielgebiet (Turbulenz)
Die Instrumente <strong>der</strong> Abteilung: Übersicht<br />
Radars bei verschiedenen<br />
Frequenzen, weil:<br />
Ausnutzung verschiedener<br />
Streuprozesse: versch.<br />
Höhenbereiche; versch.<br />
vertikale Auflösung<br />
- VHF-Radars (~50 MHz)<br />
PMSE, Winde (80-90km),<br />
Turbulenz<br />
- MF-Radars (~3 MHz)<br />
Winde (50-85km), Turbulenz<br />
- Meteor Radars (~30 MHz)<br />
Meteore, Winde (85-95km),<br />
Temperatur (90km)<br />
- Ionosonde (1-30 MHz)<br />
Elektronendichten (90-500km)<br />
19/02/2010
Ein neues MST-Radar in Nordnorwegen
alt<br />
neu<br />
Wozu ein neues Radar?<br />
Die Atmosphäre ist dreidimensional strukturiert!
Konzept des neuen VHF-Radars<br />
ca. 100km<br />
5km<br />
PMSE‐Höhe<br />
~ 85km
Konzept des neuen VHF-Radars
Ein neues MST-Radar in Nordnorwegen
Ein neues MST-Radar in Nordnorwegen
Ein neues MST-Radar in Nordnorwegen<br />
Specifications<br />
Number of tr<strong>an</strong>smitter modules 433<br />
Peak power<br />
Number of <strong>an</strong>tennas<br />
Directive gain of <strong>an</strong>tenna array<br />
~800 kW<br />
433 3‐element (crossed)<br />
Yagi <strong>an</strong>tennas<br />
33.7 dBi<br />
Aperture ~6300 m 2<br />
HPFW of <strong>an</strong>tenna beam 3.6°<br />
Beam directions arbitrary zenith <strong>an</strong>gles < 30°<br />
Number of receiving ch<strong>an</strong>nels 16 (64)
Longyearbyen/Spitzbergen<br />
Tromsö/Norwegen<br />
EISCAT VHF 224 MHz<br />
EISCAT UHF 933 MHz<br />
Arecibo/Puerto Rico
Methoden – 2. Höhenforschungsraketen
Methoden – 2. Höhenforschungsraketen
Start von <strong>der</strong> Andoya Rocket R<strong>an</strong>ge, 69°N
Raketengetragenes Ionisationsm<strong>an</strong>ometer
Methoden 1: Turbulenzmessungen mit Hfr<br />
Frequenz [Hz]
In-situ Messungen von Meteorstaubpartikeln<br />
+<br />
~pA<br />
+6V -6V
19. Februar<br />
2010<br />
37<br />
Meteor am Abendhimmel. (Bild: dpa)<br />
Rostock, 17.01.2009
Meteorstaubteilchen (MSP)<br />
70-120 km<br />
Meteoroide<br />
Ablation<br />
Atome<br />
Moleküle<br />
?<br />
Chemie<br />
Rekondensation<br />
Staub (~nm)<br />
Sedimentation<br />
Advektion<br />
Nach Megner et al., ACP, 2006
Was wir messen?<br />
Ein N<strong>an</strong>opartikel verhält sich in <strong>der</strong> Größe zu<br />
einem Fußball, wie ein Fußball zur Erde.<br />
19. Februar<br />
2010<br />
39<br />
N<strong>an</strong>o 10 -9
Meteorstaubpartikel existieren in <strong>der</strong> gesamten MA!<br />
<strong>Rapp</strong> und Strelnikova, 2009
Rexus: Studenten bauen Raketenexperimente
D<strong>an</strong>ke <strong>für</strong> Ihr Interesse!
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