Aktive Fernerkundung von Methan und Kohlendioxid in der Erdatmosphäre

Abstract

Zu den aktuell wichtigen Forschungsthemen im Bereich Atmosphäre und Klima gehört die Vertiefung des Wissens über den globalen Kohlenstoffkreislauf. Die dominante Ursache der globalen Erwärmung ist die Zunahme von Treibhausgasen durch anthropogene Emissionen. Die beiden wichtigsten Gase hierbei sind Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4), die zusammen zu etwa 81% zum anthropogenen Strahlungsantrieb beitragen (IPCC 2013). Allerdings gibt es nach wie vor große Wissenslücken bei den genauen Prozessen – den natürlichen als auch bei den hinzukommenden anthropogenen – also bei Stärke und Verteilung von Quellen und Senken sowie bei den Kohlenstoffflüssen. Die Entschlüsselung dieser Prozesse erfordert eine hohe Anzahl von sehr genauen Messungen auf verschiedenen räumlichen Skalen. Diese stehen bisher nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Die aktive Fernerkundung der Spurengase CO2 und CH4 in der Atmosphäre mittels Lidar (light detection and ranging) bietet die Möglichkeit, die Konzentrationen der Gase auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen zu bestimmen. Insbesondere der Einsatz solcher Systeme auf Satelliten erlaubt eine globale Messabdeckung bei gleichzeitig hoher Wiederholrate. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Französische Raumfahrtagentur CNES arbeiten derzeit an der gemeinsamen Mission MERLIN, einem Satelliten getragenen Lidar zur Messung von Methan-Konzentrationen in der Atmosphäre. Am Institut für Physik der Atmosphäre des DLR wurde ein technisch entsprechendes Lidarsystem (CHARM-F) aufgebaut, das gleichzeitig Methan und Kohlendioxid messen kann. CHARM-F wurde für den Betrieb auf dem deutschen Forschungsflugzeug HALO ausgelegt und kam im Frühjahr 2015 auf einer Testkampagne erstmalig auf HALO erfolgreich zum Einsatz. Durch seine technische Ähnlichkeit und der Anwendung derselben Messmethode, nämlich der IPDA-Lidar (Integrated Path Differential Absorption Lidar) Methode, dient CHARM-F auch als Demonstrator für MERLIN und hilft dabei, diese (noch relativ neue) Messmethode besser zu charakterisieren und die nötigen Auswertealgorithmen zu entwickeln. Die Präsentation zeigt das Prinzip der Messmethode sowie Messergebnisse der ersten CHARM-F Messflüge, auch im Hinblick auf die Anwendung auf dem Satelliten.