Trickl, T.

Vogelmann, H.

KITopen

  Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU), Kreuzeckbahnstr. 19, D-82467 Garmisch-Partenkirchen, GermanyZwei Jahre Routine-Messbetrieb mit dem Wasserdampf-Lidar auf der ZugspitzeHannes Vogelmann und Thomas TricklSeit Anfang 2007 befindet sich das differentielle Absorptionslidar (DIAL) auf der Zugspitze im operationellen Messbetrieb. Trotz der häufig widrigen Wetterverhältnisse konnte das Ziel, an wenigstens ein bis zwei Tagen pro Woche Wasserdampfprofile aufzunehmen, weitgehend erreicht werden. Während bei trockenen Verhältnissen, wie sie typisch für das Winterhalbjahr sind, meist eine Reichweite von 10 bis 12 km erzielt wurde, war die Reichweite unter besonders feuchten Bedingungen teilweise auf 8 bis 9 km limitiert. Im Zeitraum 2007-2008 konnten interessante Ereignisse hinsicht-lich der Variabilität, insbesondere aber hinsichtlich dynami-scher Prozesse wie Stratosphärenluft-Intrusionen beobachtet werden. Es gelangen erste simultane Lidar-Messungen der Vertikalverteilungen von Ozon und Wasserdampf während Intrusionen. Generell wurden selbst in sehr dünnen Luft-schichten stratosphärischen Ursprungs extrem niedrige Werte der Wasserdampfkonzentration gemessen, die jedoch erstaun-licherweise deutlich unter den In-Situ-Werten vom Zugspitz-gipfel liegen.Für die In-Situ-Messungen am Zugspitzgipfel wird ein Taupunkt-spiegel-Hygrometer eingesetzt. Dabei wird der Spiegel so lange abgekühlt, bis die Messoptik Kondensat detektiert und somit die Taupunkttemperatur bestimmt.Während bei hohen Feuchtegehalten derartige Messungen nur wenige Sekunden in Anspruch nehmen erfordern geringe Feuch-tegehalte (< 10% rel. Feuchte) und damit niedrige Taupunkt-temperaturen vergleichsweise lange Messzeiten von bis zu einer Stunde. Dies liegt neben der längeren Abkühlphase (sofern ausreichend niedrige Temperaturen überhaupt erreicht werden können) vor allem daran, dass bei sehr geringen Feuchten nur wenige Wassermoleküle für die Bildung eines detektierbaren Kondensats zur Verfügung stehen. Wie die Lidar-Messungen zeigen, sind im Falle von Stratosphärenluftintrusionen relative Feuchten von nur etwa 1% und damit verbundene Taupunkt-temperaturen von unter -60°C keine Seltenheit. In diesen Fällen scheint die Zuverlässigkeit des Taupunkt-spiegelhygrometers fragwürdig.Im Falle der spektakulären Intrusion vom 6. März 2008 wurde mit dem Lidar im Bereich der Gipfelhöhe sogar eine minimale Feuchte von nur etwa 0.2% registriert, was sich in den In-Situ-Werten nicht widerspiegelt. Hier wurde der kleinste Halbstunden-mittelwert zur gleichen Zeit mit etwa 14% rel. Feuchte ermittelt. Derartige Unterschiede zu den Lidar-Messwerten sind für etliche Fälle belegt. Dies legt nahe, dass die Durchmischung dünner Luftschichten stratosphärischen Ursprungs mit Troposphärenluft weitaus geringer ist, als man dies bisher aus den In-Situ-Werten geschlossen hat.Vielen Dank an Dr. H. E. Scheel für die In-Situ-Messwerte der Gipfelstationauf der Zugspitze, sowie den Mitarbeitern der Schneefernerhaus-Betriebs-gesellschaft für die große Unterstützung beim Messbetrieb.J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F012345678910Messtage / MonatLidar System:DIALRange: 12km asl. (daytime)Vertical resolution: 50m to 300mAveraging time: 17min (20k shots)Transmitter:Ti:sapphire laser, sequentially seeded by two trans-form-limited single-mode optical parametric oscilla-tors, design goal 700 mJ,so far achieved: 250 mJ (800 nm);Operating wavelengths around 817 nmReceiver:Separate near- and far-field channelsPrincipal mirror:     650 mm diameterSpectral filtering:    interference filter, 0.5 nm FWHMDetectors:              APDs with 3 mm diameterElectronics:           12-bit, 20-MHz transient digitizersDas Stratosphärisches Intrusionsereignis vom 06.03.2008 lieferte drei Schichten stratosphärischer Luft, die sowohl mit demWasserdampflidar als auch mit dem Ozon-Lidar simultan detektiert wurden. Trajektorien: Michael Sprenger, ETH-Zürich.In-Situ-Zeitserie für März 2008. Die Intrusion vom 6.3. wird weitaus weniger trocken gemessen,als dies nach den Lidar-Messungen zu erwarten wäre.Die sehr dünne und zugleich sehr trockene Intrusionaus der Stratosphäre spiegelt sich in den In-Situ-Wer-ten nur recht schwach wider.Die In-Situ-Messungen am Zugspitzgipfel stimmen oft rechtgut mit den Lidar-Messwerten überein, zeigen im Falle vonAbweichungen aber stets eine zu große Feuchte. Die Abwei-chungen treten unter konvektiven Bedingungen auf.Vergleich des trockensten und des feuchtesten Messtags imJahr 2007. Der Säulengehalt zwischen 3km und 8km Höheunterscheiden sich um den Faktor 30.(CET)

Zwei Jahre Routine-Messbetrieb mit dem Wasserdampf-Lidar auf der Zugspitze

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Zwei Jahre Routine-Messbetrieb mit dem Wasserdampf-Lidar auf der Zugspitze

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