Anhang A - Fakultät 06 - Hochschule München

1 Einleitung
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In den letzten 25 Jahren ist ein beachtlicher Anstieg der Erderwärmung zu beobachten,
dabei sind 11 der 12 wärmsten Jahre, seit Anbeginn der Datenaufzeichnung
des Erdklimas, in den letzten 12 Jahren aufgetreten. In diesem Zusammenhang
spielt der Anstieg der Konzentration der Treibhausgase in unserer Atmosphäre
eine große Rolle.
Demnach gehört Kohlenstoffdioxid (CO2) neben Methan (CH4) zu den Treibhausgasen
mit dem höchsten Erderwärmungspotential und hat in den vergangenen
250 Jahren zu einer globalen Erderwärmung von 0,8 Grad maßgeblich beigetragen
[41]. Dabei ist das Wissen um den globalen Kohlenstoffkreislauf nach wie
vor lückenhaft. Um das Verhalten des Erdklimasystems besser vorherzusagen zu
können, müssen die Quellen und Senken dieser Treibhausgase im Bezug auf Ort,
Größe und Wirksamkeit sehr gut bekannt sein. Jedoch weisen die Flüsse der Spurengase
an der Erdoberfläche ein sehr komplexes Muster in Raum und Zeit auf
und können bisher nicht alleine durch Satellitenbeobachtungen bestimmt werden.
Nur mit Hilfe von vertikal gewichteten Konzentrationsmessungen der Treibhausgase
in Verbindung mit Modellen zur Beschreibung des Gastransportes in der
Atmosphäre kann auf Profile der Quellen und Senken geschlossen werden. Allerdings
weisen die bisherigen passiven satellitengetragenen Messsysteme nicht die
nötige Messgenauigkeit auf, da diese unter anderem ihre höchste Empfindlichkeit
in der mittleren und oberen Stratosphäre und nicht in der unteren, in der sich die
Quellen und Senken befinden, besitzen [18].
Eine globale und bisher noch nicht erreichte hochauflösende Messung der Konzentration
von Treibhausgasen in der unteren Troposphäre kann mit Hilfe eines
flugzeug- oder satellitengetragenem IPDA (Integral Path Differential Absorption)
Lidarsystems (Light Detection and Ranging) erreicht werden [15]. Daher wurde
vom DLR 1 Oberpfaffenhofen die Mission CHARM-F (CO2 and CH4 Atmospheric
Remote Monitoring – Flugzeug) initiiert, mit dem Ziel ein flugzeuggetragenes
Messsystem auf Basis der Lidartechnologie im nahen infraroten Spektralbereich
zu entwickeln, um die Quellen und Senken von CO2 und CH4 zu quantifizieren
und um die Machbarkeit für ein zukünftiges Satelliten getragenes Messinstrument
zu demonstrieren.
Das geplante Lidarsystem ist aus einem Lasertransmitter, einem Detektor, einer
Datenverarbeitungseinheit und einem Teleskop aufgebaut (siehe Abb. 1.1) Beim
IPDA Verfahren werden Laserpulse mit zwei nah einander liegenden Wellenlängen
von der Transmittereinheit alternierend emittiert. Eine Wellenlänge (on-line)
ist dabei so gewählt, dass diese von dem zu messenden Treibhausgas absorbiert
wird, während die andere (off-line) das Spurengas nahezu ohne Absorption pas-
1 DLR = Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt