Messung mit Polarisationslidar - CL61

CL61 Benutzerhandbuch

Document code
M212475DE
Revision
E
Language
Deutsch
Product
CL61
Document type
Benutzerhandbuch

Auf dem Lidar-Prinzip basierende Wolkenhöhenmesser senden linear polarisierte Laserimpulse aus. Wenn ein Teil dieses Lichts zum Instrument rückgestreut wird, kann sich die Polarisationsrichtung ändern. Diese Depolarisation hängt stark von der Form, der Ausrichtung und der Laserwellenlänge des Streuers ab. Der CL61 kann den Grad der Depolarisation im empfangenen Signal erkennen.

Kugelförmige Streukörper

Die beim Empfänger ankommenden Laserimpulse haben in einem 180°-Rückstreuwinkel mit kugelförmigen, homogenen Streukörpern interagiert, wie beispielsweise flüssigen Wolkentröpfchen oder kleinen Regentropfen. Aufgrund der Symmetrie des Streuereignisses ist das detektierte Rücksignal nicht depolarisiert.

Mehrfachstreuung in optisch dicken Medien, wie z. B. in Wolken mit hohem Flüssigkeitsgehalt, kann selbst dann eine Depolarisation verursachen, wenn die Streukörper kugelförmig sind. Ein Teil des detektierten Lichts wurde möglicherweise nicht in einem Winkel von 180° vorwärts und rückwärts gestreut und erreicht dennoch den Empfänger.

Nicht kugelförmige Streukörper

Nicht kugelförmige Feststoffpartikel verursachen aufgrund mehrfacher interner Reflexionen an Grenzflächen zwischen Festkörpern und Luft eine erhebliche Depolarisation. Größere Regentropfen mit abgeflachter Bodenform erzeugen ebenfalls eine gewisse Depolarisation.

Depolarisationsverhältnis

Der Grad der Depolarisation für Lidars kann durch das Depolarisationsverhältnis bei linearer Polarisation (LDR) beschrieben werden. Das LDR ist das Verhältnis zwischen senkrechten oder kreuzpolarisierten (XPOL) Komponenten und parallelen (PPOL) Signalkomponenten und ist gleich oder größer als Null. Der maximale LDR-Wert ist kleiner als eins, da die PPOL die dominierende Signalkomponente ist, die von atmosphärischen Partikeln rückgestreut wurde. Sowohl Partikel als auch Luftmoleküle beeinflussen den Grad der Depolarisation.

Ihr gemischter Beitrag wird als Volumen-Depolarisationsverhältnis (VDR) bezeichnet. Eine genaue Depolarisationsmessung erfordert eine relativ hohe Rückstreuung, beispielsweise durch Staub, Rauch, Asche oder Aerosole in der Grenzschicht. Der CL61 misst das VDR.

Der CL61 erfasst abwechselnd XPOL- und PPOL-Signale mit einer Messzeit von jeweils 0,2 s. Vertikale Profile vom Boden bis zu einem Messbereich von 15,4 km werden vor der Analyse 5 Sekunden lang gemittelt.

Der CL61 misst die Depolarisation mit zwei Filtern vor einer einzelnen Avalanche-Photodiode als Detektor im koaxialen optischen Pfad. Da für XPOL- und PPOL-Signale dasselbe Empfängermodul verwendet wird, ist keine Kalibrierung der Empfängerempfindlichkeit erforderlich.