Informationsgehalt von IR-Bildsensor und FTIR-Messungen zur Bestimmung von CO2 und CO Säulen über Vegetationsfeuern

Abstract

Nadirmessungen mit einem FTIR Spektrometer vom Flugzeug oder vom Weltraum aus setzen ein grosses Gesichtsfeld des Gerätes voraus, um ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Der Durchmesser dieses Gesichtsfeldes am Boden kann für ein Satellitensystem mehrere Kilometer betragen, und für ein flugzeuggetragenes System ca. 80 - 100 Meter. Für die Beobachtung von Vegetationsfeuern bedeutet das, dass sich das gemessene gemischte Signal immer aus unterschiedlichen Anteilen brennender Feuerlinien, dahinterliegender schwelender Flächen, ungestörten Hintergrundes und Rauchwolken über dem Hintergrund zusammensetzt. Wenn man daraus Spurengasemissionen, z.B. von CO2 und CO bestimmen und den jeweiligen Flächenanteilen zuordnen will, muss man die Grösse dieser Flächenanteile kennen, um entsprechende Modellrechnungen des gemischten Signals durchführen zu können. In dem hier untersuchten Fall wird vorausgesetzt, dass diese Flächenanteile und die zugehörigen Bodentemperaturen aus gleichzeitig gemessenen Daten eines räumlich hochauflösenden bildgebenden IR Sensors bestimmt werden und damit bekannt sind, bevor die Inversion der Spurengassäulen beginnt. Das Retrieval erfolgt dann mit Hilfe eines nichtlinearen Ausgleichs-Algorithmus (least squares). Der Informationsgehalt eines solchen gemischten Signals hinsichtlich des Retrievals von CO2 und CO Gesamtsäulen über den brennenden, schwelenden und ungestörten Anteilen einer Waldbrandszene wird an Hand der Jacobi Matrix (für die Bestimmung der geeigneten Spektralbereiche) und der 'averaging kernels' (für die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den gesuchten Parametern) für den Fall eines flugzeuggetragenen Systems (FASA) untersucht, das vom DLR eingesetzt wird.