Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

weitere Voraussetzung für die Messung mit kleinem Teleskopsichtfeld dar. Diese Art der Strahlstabilisierung
ist seit mehreren Jahren in den K/Fe-Lidars und auch dem alten RMR-Lidar in
Kühlungsborn in Betrieb.
Zum Betrieb der Lidars werden auch Studenten eingesetzt, die somit einen direkten Einblick
in die Wissenschaft und speziell in die Arbeit des IAP bekommen. Auf der anderen Seite erfordert
der Einsatz von Studenten beim Betrieb komplexer Lidars einen hohen Grad an Automatisierung.
Für das neue RMR-Lidar wurde dazu u. a. eine Überwachung der wichtigsten optischen und thermischen
Parameter (z. B. Seeding-Qualität, Laserleistung, Kühlwassertemperatur) realisiert. Das
Lidar kann zu einem großen Teil ferngesteuert werden, so dass z. B. die Räume für Laser und Detektor
praktisch nicht mehr betreten werden müssen. Dies reduziert Störungen, die aufgrund von
Temperaturschwankungen oder Trittschall auftreten können.
Nach Beginn des Routinebetriebs im Juni
2010 wurden gleich im ersten Sommer mehr
als 300 Messstunden erreicht. Anschließend musste
der Betrieb allerdings für mehrere Wochen unterbrochen
werden, da eine Linse des Aufweitungsteleskops
aufgrund der hohen Laserleistung zerstört
wurde. Nachdem diese durch eine haltbarere
Quarzlinsen-Kombination ersetzt wurde, läuft das
System praktisch unterbrechungsfrei, wann immer
das Wetter dies zulässt. So wurden z. B. im Sommer
2011 allein mit dem neuen RMR-Lidar in
Kühlungsborn erneut über 270 h Messungen in
der Atmosphäre durchgeführt. Abb. 5.2 zeigt ein
bei Tageslicht in Kombination von K-Lidar und
neuem RMR-Lidar gemessenes Temperaturprofil.
Man erkennt trotz der großen Wellenaktivität eine
gute Übereinstimmung im Übergangsbereich bei
85 km. Die wissenschaftliche Auswertung dieser Daten ist in Kap. 9 beschrieben.
Vorbereitung des Fe-Lidars auf die Antarktis
Abb. 5.2: Temperaturprofil aus Messung mit
dem neuen IAP RMR-Lidar und dem IAP K-
Lidar am 30. September 2011 bei Tageslicht (Sonnenhöhe
33 ◦ ). Grau: Statistischer Fehler der Messung.
Nach ersten erfolgreich verlaufenden Messungen des Fe-Lidars auf Andøya 2008 stand fest, dass
mit dieser Technik Tageslichtmessungen selbst bei höchstem Sonnenstand und relativ ungünstigen
Wetterbedingungen an jedem Ort der Erde realisierbar sind. Daraufhin wurde geplant, das Fe-Lidar
in die Antarktis nach Davis (69 ◦ S) zu bringen. Erste Ergebnisse sind in Kap. 6 beschrieben. Von
Anfang an war klar, dass der Betrieb des Fe-Lidars in der Antarktis eine besondere Herausforderung
werden würde, da Ersatzteile maximal zweimal und nur im Sommer mit monatelangem Vorlauf
nach Davis gebracht werden können. Jeder Ausfall eines der Geräte würde daher das Ende der
Messungen bedeuten. Bereits bei den ersten Messungen auf Andøya (2008) hatte sich gezeigt, dass
die zwanzig Jahre alte Elektronik des gepulsten Lasers nicht mehr zuverlässig arbeitet und ersetzt
werden muss. Noch während der Verhandlungen mit dem Hersteller kam das endgültige Ende und
damit ein vorzeitiger Abbruch der Messungen auf Andøya im Juni 2009. Erst zwei Wochen vor
dem Transport via Australien in die Antarktis konnte Anfang August 2010 der Laser wieder in
Betrieb genommen werden.
Der lange Ausfall erlaubte bekannte Schwachstellen des Systems zu beheben. So wurde der
gepulste Laser umgebaut (siehe Abb. 5.3 links) und z. B. gegen Staub gekapselt. Das Teleskopgestell
(Abb. 5.3 rechts) wurde komplett aus Kohlefaser neu gebaut, um eine ausreichende Stabilität bei
extremen Bedingungen zu gewährleisten. Gleichzeitig wurde die Dachluke erneuert und eine neue
Klimaanlage eingebaut. Durch die Verlagerung der beiden Kompressoren für Klimaanlage und
Laserkühlung in eine separate Holzkiste außerhalb des Containers (siehe Abb. 5.4) konnten störende
Vibrationen und Turbulenzen im System stark reduziert werden. Für den Transport durch eines
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