Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research - ALOMAR. v/ Barbara Lahnor, prosjektingeniør ALOMAR barbara@rocketrange.

Transkript

1 Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research - ALOMAR v/ Barbara Lahnor, prosjektingeniør ALOMAR barbara@rocketrange.no

2 Hvorfor studere den øvre atmosfæren? ALOMAR forskningsinfrastruktur til atmosfæreforskning Fjernmåling med lys aktiv og passiv Elektromagnetisk spektrum Solen et svart legeme Spredning LIDAR Light detection and ranging 2

3 Hvorfor studere den øvre atmosfære og ionosfæren? Vi må ha kjennskap til hele lufthavet over oss for å forstå utviklingen av vær og klima på jorden. Den øvre atmosfære og jordens magnetfelt danner en skjerm som beskytter oss mot energirik stråling fra solen og verdensrommet (Ultrafiolett, røntgen, gammastråling og partikkelstråling). Sirkulasjon i lufthavet gir global transport av reaktive sporstoffer som for eksempel ozon som har betydning for klimaet. Ozon absorberer UV stråling og innholdet av denne gassen over oss bestemmer intensiteten av strålingen på bakken. Ionosfæren er elektrisk ledende lag fra 50 til 1000km over bakken og har betydning for radiokommunikasjons- og navigasjonssystemer, som for eksempel GPS. Nordlyset gi viktig informasjon om prosesser på solen og vårt nære verdensrom.

4 ALOMAR s verktøykasse Lidar: Aerosols (e.g. clouds, pollution) Ozone Temperature wind Radar: Winds turbulences flux waves electron dens. Balloon: Pressure Temperature Humidity Ozone Passive instruments: UV Ozone Aerosols

5 Fjernmåling i atmosfæren: Innsamling av informasjon om atmosfæren uten fysisk kontakt mellom måleinstrument og objekt. Elektromagnetisk stråling transporterer informasjonene mellom atmosfærens komponenter og måleinstrumentet Aktive fjernmålemetoder bruker en egen kilde (radiosender eller laser) og «lyser opp» det område man vil undersøke. Bølgelengden avpasses etter objektenes egenskaper. Eksempler: Radar, Lidar Ved passive observasjonsmetoder utnytter man naturens egne belysningskilder, som for eksempel solen. Bølgelengdene strekker seg fra ultrafiolett gjennom synlig lys og infrarødt til mikrobølger. Fordelingen av energien i de forskjellige bølgelengdene gir informasjon. Eksempler: Solfotometer, Brewer Spectrometer 5

6 Solen - et svart legeme sett gjennom atmosfæren

7 Jordens atmosfære o nitrogen (78,1 %) o oksygen (20,9 %) o argon (0,9 %) o karbondioksid (0,038 %) o vanndamp o andre gasser o o absorberer stråling regulerer temperaturforskjell 7

8 Mørketid og blåtime-tid i nord 8

9 Spredning når sollyset treffer på atmosfæren Rayleigh-spredning er en elastisk vekselvirkning mellom lys og partikler når partiklene er mindre enn lysets bølgelengde, for eksempel atomer og molekyler. Bølgelengder til synlig lys: nm Atomer, gassmolekyler: ca. 0,1 nm Aerosoler: ca. 0, nm Spredningseffekten for Rayleigh-spredning er bølgelengdeavhengig σ 1/λ 4 N 2 Derfor vil sollys som spres i luften, og så treffer øynene våre, være dominert av kortbølget lys. Det gjør at himmelen er blå. Når Solen er nær horisonten, vil lyset som slipper gjennom luften fra Solen til oss være dominert av mer langbølget lys. Solen ser da rød ut. 9

10 LIDAR LIght Detection And Ranging ALOMAR bruker lidar (light detection and ranging) til å studere luften i høydeområdet 0,5-110 km. Sterke lysglimt fra lasere spres fra luftmolekylene og fra skypartikler og det svake tilbakespredte lyset samles opp ved hjelp av store speil De observerte signalene gir informasjon om luftens egenskaper: tetthet, temperatur, vind, bølger, sammensetning, skyer, ozon etc, kort sagt om værforholdene i de øvre luftlag. LIDAR

11 11

12 Transmitter: 1064 nm 532 nm 355 nm Receiver: Beam widing telescope enlarges the beam diameter reduces the beam divergence; e.g. 1:5 Pulsed LASER (Nd:YAG) Pulse rate: 30 Hz Pulse length: ca. 10 ns filter Inn: foton Ut: e - I t

13 I I I t t t

14 z z c t 2 Counts/pulse

15

16 NATTLYSENDE SKYER - MINERS CANARY FOR KLIMA ENDRINGER? - Først observert i 1885, etter at støvet la seg fra Krakatoa utbruddet i Indonesia - Høyeste skyene på jorda, med gjennomsnittshøyde på 83 km - Hyppigheten og tykklsen av skyene påvirkes av mengden av støv (kondensasjonskjerner), vanndamp og kalde temperaturer

17

18

19 LIDAR instrumentation at ALOMAR - Stratosphere and Mesosphere lidar ( km) (1064, 532, 355 nm; 607, 530, 529, 387 nm) - Ozone lidar (8 55 km) (308, 353 nm) - Na resonance lidar (78 95 km) (589 nm) - Troposphere lidar (0,5 18 km) (1064, 532, 355, 387 nm) 19

20

21