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Saturation Effects in Narrowband Resonance Lidar Measurements, Part 2: Potassium Lidar Systems and Experimental Results

Geach, Christopher Peter und Kaifler, Bernd und Höffner, J. und Baumgarten, Gerd (2026) Saturation Effects in Narrowband Resonance Lidar Measurements, Part 2: Potassium Lidar Systems and Experimental Results. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 131 (8). Wiley. doi: 10.1029/2026JA035345. ISSN 2169-9380.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
528kB

Offizielle URL: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2026JA035345

Kurzfassung

Resonance lidars targeting the D1 resonance line of potassium at 770 nm have been employed over the past 5 decades to yield numerous insights into the dynamics of the middle and upper atmosphere. It has long been recognized that these measurements can be severely affected by nonlinear behavior in the scattering process, that is, saturation effects, particularly when high pulse energies, narrow beam divergences, and narrow laser linewidths are employed. The measurements by the potassium resonance lidars developed at the Leibniz Institute of Atmospheric Physics are in this respect unique - these are the only systems for which saturation effects have been detected. However, the observed degree of saturation is inconsistent with theoretical estimations thus far. A new method of calculating the degree of saturation, previously applied only to the D2 line of sodium, is described in a companion paper (Geach & Kaifler, 2026, https://doi.org/10.1029/2026JA035269); here, we apply the method to the D1 resonance line of potassium. We show that the observed degree of saturation, approximately 70%, is consistent with the model; we show that a spectral signature of saturation effects, predicted by the model, is consistent with the observations; we present the saturation-induced biases on temperature and wind measurements; and we discuss the implications of saturation on ideal instrument design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227197/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Saturation Effects in Narrowband Resonance Lidar Measurements, Part 2: Potassium Lidar Systems and Experimental Results
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Geach, Christopher PeterChristopher.Geach (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaifler, BerndBernd.Kaifler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Höffner, J.Univ. RostockNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumgarten, GerdLeibniz-Inst. für Atmosphärenphysik, Univ. Rostock, KühlungsbornNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 August 2026
Erschienen in:Journal of Geophysical Research: Space Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:131
DOI:10.1029/2026JA035345
Verlag:Wiley
ISSN:2169-9380
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermosphere, resonance lidar, mesosphere, saturation
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Weltraumwetterbeobachtung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Solar-Terrestrische Physik > Solar-Terrestrische Kopplungsprozesse
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Geach, Christopher Peter
Hinterlegt am:29 Sep 2026 14:37
Letzte Änderung:02 Okt 2026 09:01

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