Dual-field-of-view Raman Lidar Messungen zur Untersuchung der Aerosol-Wolken Interaktion

Die dual-FOV Raman Lidar Technik ermöglicht die Untersuchung von Aerosol-Wolken Wechselwirkungen. Die Technik kann Profile von mikrophysikalischen Eigenschaften von Wolken liefern. Zusammen mit konventionellen Lidarmethoden, wie mehrwellenlängen-Raman-Lidar Messungen, die Aerosoleigenschaften detailliert bestimmen können, ist es möglich aussagekräftige Datensätze zu erstellen, die in der Lage sind Aerosol-Wolken Wechselwirkungen zu erfassen. Dies ist eine Herausforderung, da diese Prozesse sehr komplex sind.

Abb. 1: Lidarmessung von zwei Flüssigwasserwolken, die sich unter unterschiedlich stark verschmutzten Bedingungen gebildet haben. Oben: leicht verschmutzte Umgebunsbedingungen. Unten: Start verschmutzte Umgebungsbedingungen.

Abbildung 1 zeigt den zeitlichen Verlauf des entfernungskorrigierten Signals bei 532 nm. Die Messungen wurden am 26. Juli 2011 und 5. September 2011 in Leipzig durchgeführt. Starke Signale, dargestellt in rot, zeigen die gemessenen Wolken. Aerosolschichten sind in grünlichen und gelblichen Farben zu sehen. Schwache Lidarsignale, die eine vergleichsweise saubere Luft anzeigen, sind blau gezeigt.

Abbildung 2: Profile des Aerosol-Extinktionskoeffizienten für die zwei in Abbildung 1 gezeigten Zeiträume.

Die Profile der Aerosol-Extinktionskoffizienten (α) unterhalb der Wolken sind in Abbildung 2 gezeigt. Am 5. September wurde eine deutlich höhere Extinktion ermittelt, mit einem mittleren Aerosolpartikel-Extinktionskoeffizient von 30 Mm^-1 unterhalb der Wolke. Der entsprechende Wert war am 26. Juli 2011 um den Faktor 2 bis 3 geringer.

Das Verhalten der Wolkeneigenschaften unter den stark unterschiedlichen Aerosolbedingungen ist in Abbildung 3 gezeigt. Die Variation zwischen den Werten des schwach verschmutzten Falles (rote Kurve) und des stark mit Aerosolpartikeln belasteten Falles (blaue Kurve) entspricht den Beschreibungen des Twomey Effekts. Bei der Messung mit dem hohen Aerosolgehalt sind im unteren Teil der Wolke die Tröpfchen kleiner. Die Tröpfchenanzahlkonzentration (CDNC) ist erhöht. Diese Ergebnisse können mit einer erhöhten Konzentration von Wolkenkondensationkernen aufgrund des höheren Aerosolgehalts unter der Wolke erklärt werden. Aufwinde tragen die Kondensationskerne in die Wolke, was zu Tröpfchenneubildung führt. Dadurch wird die Tröpfchenanzahlkonzentration erhöht, was bei gleichem Flüssigwassergehalt (LWC) zu kleineren Tröpfchen führt.

Abb. 3: Mikrophysikalische Wolkeneigenschaften für die in Abb. 1 vorgestellten Messungen. blau: stark mit Aerosolpartikel belastet. rot: schwach mit Aerosolpartikeln belastet.