Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

160 KAPITEL 3. SATELLITENINSTRUMENTE
Abbildung 3.80: Sonnenuntergang
aus der Sicht des Sounders SAM
(Stratospheric Aerosol Measurement)
auf Nimbus 7. Das Instrument
beginnt, die Sonnenscheibe
auf einer tangentialen Höhe h von
ungefähr 350 km zu scannen und
folgt der Sonne, bis sie untergegangen
ist. Dadurch werden unterschiedliche
Schichten der Atmosphäre
nacheinander abgetastet
[99]
über verschiedene Typen von Soundern (allerdings mit Beispielen von klassischen, d.h. etwas
älteren Soundern) geben Houghton et al. [99].
§ 513 Sounder arbeiten nach drei verschiedenen Prinzipien: Okkultation (Limb-Viewing),
Streuung und Emission, siehe Abb. 3.79. Die frühesten Sounder wurden zur Messung von
Aerosolen mit Hilfe des Limb-Viewing eingesetzt. Als nächste Frage rückte die Bestimmung
der Ozonkonzentration in den Vordergrund; als Messverfahren wurde die (Rück-)Streuung
verwendet. Mit zunehmender Empfindlichkeit der Instrumente lässt sich auch die Messung
der Emission von Spurenbestandteilen vornehmen. Moderne Sounder kombinieren Verfahren
und untersuchen neben Aerosolen und Ozon auch die Spurengaskonzentrationen.
§ 514 Von den drei Instrumenttypen sind die Okkultationsinstrumente am einfachsten zu
verstehen; ihr Prinzip ist in Abb. 3.80 dargestellt. Die Absorption des Lichts von der Sonne
oder einem Stern lässt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre in Abhängigkeit
von der Höhe zu, in der das Licht die Atmosphäre durchsetzt hat. Dabei muss auf die
Länge des in der Atmosphäre zurückgelegten Weges korrigiert werden. Vorteil der Methode
sind die langen Wege des Lichts durch die Atmosphäre, so dass sich selbst schwache Emissionsund
Absorptionssignale nachweisen lassen. Außerdem ist die Höhenmessung im Gegensatz zu
den vertikal arbeitenden Geräten direkt. 24 Der Nachteil des Verfahrens ist die Erfordernis
einer externen Lichtquelle (Sonne oder Stern), wodurch das Verfahren auf bestimmte Zeiten
und Raumbereiche festgelegt ist. Allerdings ist das Verfahren in der Troposphäre nicht
anwendbar (Orographie).
§ 515 Einer der oben genannten Vorteile, der lange Lichtweg, macht die Auswertung der
Messungen aufwendig. Jeder Strahl liefert das Integral des Absorptionskoeffizienten entlang
des Lichtweges (line of sight). Das Messprinzip ist damit ähnlich dem einer Röntgenaufnahme:
auch dort wird für jeden Pixel des Bildes das Integral des Abschwächungskoeffizienten entlang
des Sehstrahls gebildet. Die Information über den Abschwächungskoeffizienten in jedem
einzelnen Volumenelement lässt sich daraus mit Hilfe einer eher rechenintensiven Rücktransformation
(z.B. Radon-Transformation) oder durch Überlagerungsverfahren rekonstruieren;
allgemeines zu derartigen Transformationen in [94, 174, 192, 250], die bei einem Instrument/Datensatz
verwendeten Verfahren können über die Zitate für die einzelnen Instrumentbeschreibungen
gefunden werden.
§ 516 Welche Spurenstoffe oder Aerosole sich mit Hilfe eines Sounders untersuchen lassen,
hängen von den verwendeten Wellenlängen ab. Das bereits erwähnte SAM (Stratospheric
24 Vertikal arbeitende Geräte betrachten häufig nur die totale Säule (wie die totale Ozonsäule in Abb. 1.4):
die gesamte Atmosphäre ist ein Filter, dessen Absortionskoeffizient bestimmt wird. Oder anders formuliert: die
Absorption wird entlang des Sehstrahls integriert. Die totale (Ozon-)säule ist auch die Größe, die man aus der
Messung vom Erdboden bestimmen würde. Falls ungewöhnliche Linien oder oder Linienveränderungen einen
Hinweis auf das Druckniveau geben, lässt sich aus diesen auch mit Hilfe eines Modells der atmosphärischen
Schichtung eine indirekte Höheninformation gewinnen.
2. Juli 2008 c○ M.-B. Kallenrode