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Universität Leipzig (2011)

Vertical profiling of aerosol optical properties with multiwavelength aerosol lidar during the Saharan Mineral Dust Experiments

Tesche, Matthias

Titre : Vertical profiling of aerosol optical properties with multiwavelength aerosol lidar during the Saharan Mineral Dust Experiments

Auteur : Tesche, Matthias

Université de soutenance : Universität Leipzig

Grade : Doctor rerum naturalium Dr. rer. nat. 2011

Résumé
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Auswertung und den Ergebnissen von Mehrwellenlängen–Polarisations–Ramanlidarmessungen, die im Rahmen des Saharastaubschließungsexperiments Saharan Mineral Dust Experiment (SAMUM) durchgeführt wurden. Das SAMUM–Projekt erstreckte sich über zwei Intensivmesszeiträume im Mai und Juni 2006 in Marokko (SAMUM–1) und im Januar und Februar 2008 auf den Kapverdischen Inseln (SAMUM–2). Desweiteren werden zusätzliche Lidarmessungen besprochen, die im Mai und Juni 2008 auf den Kapverdischen Inseln durchgeführt wurden. Die geometrischen und optischen Eigenschaften der während dieser Experimente mit mehreren hochmodernen Lidargeräten beobachteten Mineralstaub- und Biomassenverbrennungsaerosolschichten werden anhand von Fallstudien und mehrwöchigen, höhenaufgelösten Mittelwerten beschrieben. Zudem werden Kalibrierungen und Korrekturen vorgestellt, die zur Qualitätssicherung der gewonnenen Messdaten durchgeführt wurden. Ein im Rahmen der Arbeit entwickeltes, auf quantitativen Messungen des linearen Partikeldepolarisationsverhältnisses basierendes Verfahren zur höhenaufgelösten Trennung der Anteile von Mineralstaub und Biomassenverbrennungsaerosol an den während SAMUM–2 gemessenen Rücktreu- und Extinktionsprofilen wird vorgestellt und angewandt. Die Auswertung der Mehrwellenlängenlidarmessungen der SAMUM–Kampagnen ermöglichte eine spektral aufgelöste Charakterisierung der optischen Eigenschaften von Saharastaubpartikeln. Besondere Aufmerksamkeit wurde auf die Bestimmung der intensiven Parameter Extinktions–zu–Rückstreuverhältnis (Lidarverhältnis), lineares Partikeldepolarisationsverhältnis sowie Ångströmexponent der Rückstreu- und Extinktionskoeffizienten gelegt. Die im Rahmen von SAMUM bei den Wellenlängen 355, 532 und 1064 nm durchgeführten Lidarmessungen ergaben mittlere Lidarverhältnisse von 55±5 sr für reinen Saharastaub. Während SAMUM wurden außerdem erstmals quantitative Messergebnisse des linearen Partikeldepolarisationsverhältnisses von reinem Saharastaub bei mehreren Wellenlängen gewonnen. Die mittleren Werte dieser Größe lagen bei 0.26±0.06 (355 und 1064 nm), 0.31±0.03 (532 nm) und 0.37±0.07 (710 nm). Diese Erkenntnisse liefern wichtige Informationen für die Auswertung von Messungen mit weniger fortschrittlichen Lidargeräten. Die durch SAMUM gewonnenen Erkenntnisse der optischen Eigenschaften von Mineralstaub erlauben eine eindeutige Identifikation des Staubanteils in Aerosolschichten im Abluftbereich der Wüsten. Zudem wurden Richtgrößen ermittelt, die zur Validierung von Modellen zur Beschreibung von Lichtstreuung an großen, nicht–kugelförmigen Teilchen verwendet werden können. Derartige Streumodelle werden für die Auswertung von Messungen der optischen Eigenschaften von Mineralstaubpartikeln mit passiven Sensoren benötigt und befinden sich zur Zeit eher in einer frühen Entwicklungsphase

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Page publiée le 18 décembre 2011, mise à jour le 12 mai 2019