Schattenbandradiometer

GUVis-3511 Schattenbandradiometer

Das Radiometer GUVis-3511 (mitte) mit dem Zubehör BioSHADE (rechts) und BioGPS (schwarze Kappe).

Das von Biospherical Instruments Inc. gebaute Schattenband-Radiometer GUVis-3511 wird seit 2014 vom TROPOS betrieben. Das GUVis-3511 Radiometer ist ein Mehrkanal-Filterinstrument (Seckmeyer et al., 2010) mit 18 schmalen Spektralkanälen, die von 305 bis 1640 nm mit einer Bandbreite von etwa 10 nm reichen, sowie einem ungefilterten Breitbandkanal einer Siliziumdetektors (z. B. King & Myers, 1997). Das Radiometer ist mit einem computergesteuerten Schattenband-Zubehör namens BioSHADE (Morrow et al., 2010) ausgestattet. Es besteht aus schwarz eloxiertem Aluminium, ist 2,5 cm breit und hat einen Durchmesser von 26,7 cm. Aufgrund seiner Geometrie verdeckt das Schattenband einen Raumwinkel von 15° des Himmels vom Sensor in Zenitposition. Die Breite des BioSHADE-Schattenbandes ist breiter als bei ähnlichen Instrumenten, z. B. dem MFRSR (3,3°; Harrison et al., 1994) oder dem TCRSR (2° und 5°; Bartholomew et al., 2011).

Schematische Illustration einer Messung während einer Rotation des Schattenbandes.

Das GUVis-3511 tastet in der Regel immer mit 15 Hz ab, auch während der Rotation des Schattenbands. Das Band dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit um 180° über den Diffusor des Radiometers, sodass mindestens 5 Datenpunkte während der Zeit erfasst werden, in der alle Teile des Diffusors durch das Band abgeschattet werden. Zur Messung der globalen Bestrahlungsstärke wird das Band nach einem Durchlauf in der Zeitspanne bis zum nächsten Durchlauf unterhalb des Horizonts des Diffusors des Instruments verstaut. Eine idealisierte Zeitreihe eines Schattenband-Sweeps ist in der Abbildung skizziert. Aus dieser Zeitreihe wird die globale, diffuse und direkte spektrale Bestrahlungsstärke abgeleitet, wie in Witthuhn et al. (2017) beschrieben. Mit dieser Technik werden die globale und die diffuse Bestrahlungsstärke mit einem einzigen Sensor beobachtet, wodurch Kalibrierungsinkonsistenzen vermieden und die Genauigkeit der Produkte für das Verhältnis von direkter zu diffuser Bestrahlungsstärke verbessert werden. Außerdem muss die Position der Sonne während der Messungen nicht bekannt sein. Daher ist dieses Instrument gut für den Betrieb auf einer beweglichen Plattform (z. B. einem Schiff) geeignet.

Das Schattenbandradiometer GUVis-3511 auf dem Forschungsschiff Polarstern.

Beobachtungen der spektralen Bestrahlungsstärke und der optischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln werden mit dem GUVis im Rahmen der schiffsgestützten Einrichtung zur kontinuierlichen Untersuchung des Energie- und Stofftransfers zwischen Ozean und Atmosphäre (OCEANET) (Macke, 2009) während der Atlantik-Transitfahrten mit dem vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) betriebenen deutschen Forschungsschiff Polarstern seit 2014 durchgeführt. Darüber hinaus wurde das Radiometer auch bei verschiedenen TROPOS-Feldmesskampagnen an Land zwischen den Schiffsreisen eingesetzt (z.B., MelCol, Cy-CARE, MetPVNet). Dieser stetig wachsende Datensatz wird genutzt, um bekannte Lücken von Satellitenreferenzbeobachtungen über dem Ozean teilweise zu schließen (Witthuhn et al., 2020).

Technische Daten

Spektrale Kanäle 18x [310 - 1640nm]
1x ungefiltert
FWHM 9 - 28nm
Sample Rate 15 Hz
Schattenband Rotationsperiode 40 s
Zeitliche Auflösung 1 min
Abschattungsraumwinkel 12-15°
Gewicht 5 kg
Dimensionen 24x24x36 cm

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