Forscher nutzen Mikrowellen- und Infrarotlaser-Okkultation bei Satelliten-Signalen
Graz - Wissenschafter am Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel
an der Universität Graz haben eine Methode entwickelt, die es erstmals möglich macht,
Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre über längere Zeiträume hinweg
und sehr genau zu messen. Das Verfahren beruht auf Messungen mit Hilfe
von Mikrowellen- und Infrarotlaser-Signalen zwischen Satelliten in einer Höhe
von einigen hundert bis zu 1.500 Kilometern (Low Earth Orbit) und liefere auch
exakte zentrale Klimadaten wie Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Wind, halten
die Grazer Autoren im Fachjournal Geophysical Research Letters fest.
Die Forschungsgruppe ARSCliSys, geleitet von Gottfried Kirchengast, erforscht
u.a. Satelliten-gestützte Methoden zur Fernerkundung der Erdatmosphäre und des
Klimasystems, um damit Fragen über den Grad und die Entwicklung der Erderwärmung
und den globalen Klimawandel zu beantworten. Eine besonders geeignete Methode
für den weltweiten Blick zur Beantwortung solcher Fragen scheint die sogenannte
Okkultationstechnik mittels Signalen von globalen Navigationssatelliten oder Low
Earth Orbit-Satelliten (LEO) zu sein.
Bei der Mikrowellen- und Infrarotlaser-Okkultation schicken Sender-Satelliten
Signale aus, die von Empfänger-Satelliten aufgefangen werden. Auf ihrem Weg
durch die Atmosphäre werden diese gebrochen und teilweise absorbiert, so dass
sie gedämpft beim Empfänger ankommen. Daraus erhält man über den Vergleich
zwischen verschicktem und empfangenem Signal Hinweise auf die Eigenschaften der
Atmosphäre.
Quantenmechanische Eigenschaften geben Hinweise
Die Grazer Forscher machen sich bei ihrer neuen Methode unveränderliche
quantenmechanische Eigenschaften der Treibhausgase zunutze: "Die verschiedenen
Treibhausgase - wie Kohlendioxid, 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", erklärte Kirchengast. Durch die Bestimmung lasse sich dann
auch die jeweilige Konzentration der Gase und auch die Windstärke bestimmen.
Kirchengast leitet seit 2005 die Forschung in einem immer größer werdenden
Team. Susanne Schweitzer, Koautorin der aktuellen Publikation, hat u.a.
herausgefunden welche Absorptionslinien für die Infrarotlaser-Okkultation
infrage kommen: "Im möglichen Bereich im Kurzwellen-Infrarot gibt es über
hunderttausend Linien, jedoch nur wenige Dutzend waren letztlich geeignet".
Zusätzliche Daten zu Temperatur, Druck und Feuchtigkeit werden über die Signale
der Mikrowellen-Okkultation gewonnen, bei deren Entwicklung die Grazer Forscher
auch führend mitwirken. "Alle diese Daten weisen eine Qualität auf, die selbst
ausgesuchte Bodenstationen mit rein lokaler Messung schwer erreichen", betonte
Kirchengast.
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. Für die weltweite Beobachtung weiterer Klimagrößen und
vor allem der Treibhausgase gab es bisher kein geeignetes System - einschlägige
Daten basieren auf punktuellen Messungen aus Ballons oder Flugzeugen sowie auf
Modellen und vergleichsweise ungenauen Satellitendaten, hieß es vonseiten des
Wegener-Zentrums. (red/APA)
