Spektrale Extinktionsmessung

Messprinzip

Abb. 1: Prinzip von SAEMS: Wirkungen von Molekülen und Partikeln auf die Lichtintensität

Mit dem SÆMS wird der wellenlängenabhängige Extinktionskoeffizient atmosphärischer Partikel unter Umgebungsbedingungen bestimmt. Atmosphärische Moleküle und Partikel können Licht streuen und/oder absorbieren. Beim Durchgang durch die Atmosphäre (Abb. 1) wird dabei die Lichtintensität in Abhängigkeit der Wellenlänge abgeschwächt.

Gleichung 1: Lambert-Beer-Gesetz

Es gilt das Lambert-Beer-Gesetz (Gleichung 1). I0 ist die emittierte Lichtintensität, IL die Intensität nach Durchlaufen des Mediums (Atmosphäre) der Länge L. Der Extinktionskoeffizient bG setzt sich zusammen aus Rayleighstreukoeffizient (der Streuung an Molekülen), dem Absorptionskoeffizienten der Luftmoleküle, sowie dem Extinktionskoeffizienten der atmosphärischen Partikel bE.

Aufbau und Messbeispiel

Abb. 2: Aufbau von SAEMS.

Der Aufbau des SÆMS ist in Abb. 2 gezeigt. Lichtquelle ist eine Xe-Hochdrucklampe. Sende- Und Empfangsteleskop befinden sich im Dachlabor des TROPOS. Mit einem Drehbaren und kippbaren Umlenkspiegel wird das Licht auf die horizontale Aerosolmesstrecke gelenkt, die eine optische Weglänge von 5.7 km hat (30-50 m über dem Boden). Das Licht wird mittels Retroreflektoreinheiten planparallel zurückgespiegelt. Die Detektoreinheit besteht aus einem Spektrometer (300-1000nm, 10 nm Auflösung), einem Wasserdampfspektrometer (850-1050 nm, 0.05 nm Auflösung) und einer großflächigen Photodiode mit Filter (550 nm). Das Instrument arbeitet vollautomatisiert.

Abb. 3: Typisches mit SAEMS gemessenes Spektrum.

Ein typisches Spektrum ist in Abb. 3 gezeigt. Man sieht im Gesamtspektrum die Gasabsorptionsbanden, die schmalbandig sind. Nach Abzug des Rayleighstreukoeffizienten kann der Partikelextinktionskoeffizient in Wellenlängenbereichen, die frei von Gasabsorption sind, ausgewertet werden. Man misst einerseits Die zeitliche Entwicklung des Extinktionskoeffizienten, andererseits den Extinktionkoeffizienten als Funktion der Wellenlänge. Aus der spektralen Messung können Aussagen über die Größenverteilung abgeleitet werden.

Ergebnisse

Im Mittelpunkt der Studien steht die Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten von der relativen Luftfeuchtigkeit, insbesondere bei sehr hoher Luftfeuchte (nahe 100%). Untersuchungen dazu sind hier zu finden.

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