Wetterkapriolen und Luftverschmutzung vorhersagen können

Laserspezialisten diskutierten über neue optische Messmethoden für Prognosen

Stürme, Fluten, Dürren, Ozonloch, Luftverschmutzung, Smog, Treibhauseffekt und globale Erwärmung – das sind Ereignisse, die immer bedrohlicher über uns hereinbrechen. Ob natürlichen Ursprungs oder vom Menschen ausgelöst, sie kommen „aus der Luft“, also aus unserer Atmosphäre. Diese genau zu kennen, ihren Zustand laufend zu überwachen, um die Ursachen möglicher Gefahren herauszufinden und rechtzeitig zu warnen, ist deshalb eine vordringliche Aufgabe für unsere Gesellschaft. Optische Verfahren bieten hierfür, wie neueste Forschungsergebnisse zeigen, die besten Voraussetzungen. Auf dem 286. WE-Heraeus-Seminar, das letzte Woche in Bad Honnef stattfand, diskutierten internationale Spitzenforscher über Optische Methoden zur Analyse der Atmosphäre („Optical Methods in Atmospheric Analysis“). Sie stellten dort ihre neuesten optischen, meist auf Lasern basierenden Messmethoden vor.

Obwohl Laser seit über 30 Jahren zur Erforschung der Atmosphäre eingesetzt werden, spielen laserbasierte Verfahren zur Routineüberwachung erst seit kurzem eine Rolle. Laser messen die Schadstoffe der Luftverschmutzung. Darüber hinaus registrieren sie auch Staub, Wolkenverteilungen, Wind und Ozon, welches am Erdboden in zu hoher Konzentration giftig wirkt, in der Hochatmosphäre jedoch zum Schutz vor UV-Strahlung lebensnotwendig ist.

Neueste Ergebnisse vom „Ozonloch“ über der Antarktis: Erstmalig in zwei Teile gespalten hat sich das Ozonloch – das ist ein kontinentgroßes Gebiet über dem Südpol mit stark verminderter Ozonkonzentration in der Hochatmosphäre. Auch über der Nordhalbkugel wird inzwischen jeweils im Frühjahr eine Verminderung der Ozonschicht gemessen.

Anstieg und Dynamik der Treibhausgase (CO2, Methan und andere) können ebenfalls mit den optischen Verfahren LIDAR und DOAS sicher erfasst werden. LIDAR steht für „light induced detection and ranging“ und bedeutet Fernmesstechnik mittels Laserstrahl-Impulsen; DOAS ist das Kürzel für „differential optical absorption spectroscopy“ und bedeutet schichtweise Molekularanalyse der Atmosphäre mittels Absorptionsspektroskopie. Der inzwischen eindeutig nachgewiesene Temperaturanstieg und die damit einhergehenden größeren Temperaturunterschiede zwischen Luftmassen in polaren und mittleren Breiten führen zu erhöhten Turbulenzen in der Atmosphäre, die vermutlich der Auslöser von Stürmen, Starkregen und Hagel sind. Zuverlässige Vorhersagen werden deshalb immer wichtiger für die Vorbereitung von Schutzmaßnahmen.

Seit langem wird die Erdoberfläche durch Wettersatelliten überwacht. Doch reichen die jetzigen Beobachtungsverfahren noch nicht aus, um detaillierte lokale Voraussagen machen zu können. Dazu müssen großflächig und hinreichend engmaschig wichtige Atmosphärendaten erfasst werden. Hier können neue optische Verfahren eine Schlüsselrolle spielen, die auf Grund vereinfachter technischer Ausführung und Automatisierung des Messablaufs wartungsarm und kostengünstig geworden sind, etwa vollautomatische Messstationen zur Erfassung von Ozon-Vertikalprofilen.

Brandneu sind optische Verfahren, die mittels ultrakurzer Laserpulse mehrere Schadstoffe (z. B. Ozon, Stickoxide, Schwefeloxide, Kohlenwasserstoffe) gleichzeitig messen können und zugleich wichtige Informationen über Schwebstoffe (Aerosole) sowie ihre Verteilung und Bewegung liefern. Solche Instrumente sind derzeit noch der Forschung vorbehalten. Sie weisen aber den Weg, wie vertiefte Kenntnisse der Vorgänge in unserer Atmosphäre zu gewinnen sind. Dies sei angesichts der rasch fortschreitenden Industrialisierung unserer Welt eine Existenzfrage aller Menschen, waren sich die Forscher bei Tagungsende einig.

Kontakt:
Prof. Dr. Roland Sauerbrey
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Tel.: 03641 / 947200
E-Mail: sauerbrey@ioq.uni-jena.de

Prof. Dr. Ludger Wöste
Freie Universität Berlin
Tel.: 030 / 83855566;
E-Mail: woeste@physik.fu-berlin.de