SALSA - Simulation von Aerosol-Lidaren mittels eines Systemtheoretischen Ansatzes

Projektbeschreibung

Für ein besseres Verständnis des arktischen Klimasystems sind verlässliche Beobachtungen von Aerosolen besonders wichtig. Die Arktis erwärmt sich deutlich schneller als der globale Durchschnitt, und viele der dort ablaufenden Wechselwirkungen im Klimasystem sind noch nicht vollständig verstanden. Aerosole spielen dabei eine zentrale Rolle: Sie beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde, die Wolkenbildung sowie die Albedo der Erdoberfläche und wirken sich dadurch auch auf die atmosphärische Zirkulation aus.

Aerosol-Lidare ermöglichen die höhenaufgelöste Fernerkundung von Aerosolen in der Atmosphäre. Aus den empfangenen Signalen lassen sich vertikale Profile optischer Aerosoleigenschaften und damit Informationen über die Lage und Struktur von Aerosolschichten gewinnen.

Das Projekt SALSA überträgt systemtheoretische Methoden aus der Nachrichten- und Radartechnik auf die Modellierung und Analyse von Aerosol-Lidaren. Dabei wird das Lidar als Gesamtsystem aus Sender, atmosphärischem Übertragungskanal und Empfänger beschrieben. Die Wechselwirkung des Lasersignals mit der Atmosphäre wird durch ein systemtheoretisches Kanalmodell erfasst, dessen Struktur und Parameter die für die Messung relevanten Ausbreitungs- und Streuprozesse abbilden. So lassen sich unterschiedliche Lidararchitekturen und Messverfahren innerhalb eines einheitlichen Rahmens untersuchen und der Einfluss einzelner Systemparameter gezielt analysieren. Die Methodenentwicklung wird durch Messungen mit dem Koldewey Aerosol Raman Lidar in Ny-Ålesund auf Spitzbergen begleitet und anhand dieser Daten überprüft.

Auf dieser Basis untersucht SALSA, wie unterschiedliche Modulationsverfahren die Empfindlichkeit von Aerosol-Lidaren beeinflussen und welchen Informationsgewinn zusätzliche Laserwellenlängen ermöglichen. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, die Zusammenhänge zwischen Systemauslegung, Messbedingungen und Informationsgehalt quantitativ zu beschreiben und daraus Sensorkonzepte für zukünftige Aerosol-Lidare abzuleiten.