Lidar – Wie kann man Staub messen?

Das Leibniz Institut für Troposphärenforschung in Leipzig (TROPOS) betreibt ein sogenanntes Lidar, das Laserpulse in den Himmel schickt und die Rückstreuung dieser misst. Damit können dann Aerosole und Hydrometeore (Wolkentröpfchen und Eiskristalle) gemessen werden. Und so wird dann auch der Staub aus der Sahara sichtbar. Diesen erkennt man im Rückstreudiagramm anhand der erhöhten Rückstreuung. Das Diagramm zeigt die Rückstreuprofile über die Zeit für den 4./5. April 2021. In diesem Fall sieht man, dass nah am Boden besonders viele Aerosole waren und darüber ein paar Aerosolschichten bis in ca. 6,5 km Höhe. Generell also viel Aerosol. Aus der gemessenen Rückstreuung und dem Ausgangssignal, kann man sich die Extinktion ausrechnen (Extinction cf. (coefficient)). Ein Beispielprofil davon sieht man im Extinktionsdiagramm. Schaut man sich ein Rückstreuprofil an, sieht man, dass die 532nm Linie etwas größere Werte aufweist als die 355nm Linie. Bei der Extinktion liegen die Kurven relativ aufeinander. Daher ist das Lidar Verhältnis (lidar ratio, extinction-to-backscatter ratio) bei 355nm größer als bei 532nm. Das ist ein typischer Fingerabdruck von Staub. Die PLDR (particle linear depolarization ratio) unterstützt das auch. Die hohen Werte von 20-30% Depolarisation zeigen nicht-sphärische Partikel an, also relativ purer Staub. Komplett purer Staub hätte Werte knapp über 30%, also muss ein klein wenig Luftverschmutzung dabei sein, z.B. Bodenverschmutzungen, evtl. aus der Quellregion in Nordafrika. Interessant ist es auch unterhalb von 1km. Hier geht die PLDR gegen 0%, also ist das Aerosol, das man atmet kein Staub, sondern Luftverschmutzung aus regionalen Aerosolquellen. Ganz oben sieht man dann noch Zirren, welche besonders stark streuen.

Text, Graphiken und Fotos: Johannes Röttenbacher & Kevin Ohneiser