<> "The repository administrator has not yet configured an RDF license."^^ . <> . . "Entwicklung und Einsatz eines Diodenlaserspektrometers zum quantitativen In-situ-Nachweis von Methan und Wasser in der Stratosphäre"^^ . "Die beiden Spurengase Wasserdampf und Methan sind sowohl für den Strahlungshaushalt der Erde als auch für die Chemie der Atmosphäre von großer Bedeutung. Bisher bestehende Messinstrumente können keine simultane Messung der Wasser- und Methankonzentrationen durchführen oder sind durch extraktive Messverfahren limitiert. Darüber hinaus können sie nicht selektiv zwischen den Wasseranteilen in fester, flüssiger und gasförmiger Phase unterscheiden. In dieser Arbeit wurde ein sehr leichtes, besonders kompaktes und trotzdem robustes Diodenlaserspektrometer zum quantitativen In-situ-Nachweis von Wasser und Methan in der Stratosphäre entwickelt. Das Instrument besteht aus dem Spektrometerkopf, der alle optischen Komponenten einschließlich der beiden Diodenlaser aufnimmt, sowie einer offenen Langwegzelle zur Vergrößerung der Absorptionsstrecke. Durch die Neukonstruktion aller optisch-mechanischen Komponenten konnte ein sehr kompakter Aufbau des Spektrometers realisiert werden. Alle zur Zweispeziesmessung notwendigen Komponenten innerhalb des Spektrometerkopfes benötigen zusammen nur eine Fläche von wenig mehr als 400 cm2. Bei einer Gesamtlänge von ca. 75 cm beträgt die Masse lediglich 6,6 kg. Die Gesamtmasse inkl. Spektrometersteuerung und Stromversorgung liegt unter 20 kg. Aufgrund der kleinen Abmessungen und der geringen Masse ist eine leichte Integration des Instruments in bestehende Ballongondelsysteme möglich. Die Absorptionsstrecke wird mit Hilfe einer neu entwickelten Herriott-Multireflexzelle verlängert. Durch Ausnutzung der sphärischen Aberration konnten innerhalb einer Herriott-Zelle simultan zwei verschieden lange Absorptionsstrecken eingestellt werden. Bei einer Basislänge von 55 cm betragen die Längen der Absorptionsstrecken 75 m bzw. 36 m. Aufgrund der kompakten Bauweise werden die beiden Laserstrahlen 136 mal bzw. 66 mal zwischen den beiden Spiegeln reflektiert. Durch das dabei entstehende enge Spotmuster auf den beiden Spiegeloberflächen reagiert die Justage empfindlich auf eine Änderung der Basislänge. Zur Minimierung von thermisch bedingten Längenänderungen wurden verschiedene Legierungen zum Aufbau der Langwegzelle verwendet. Zusätzlich wurde ein passives Kompensationssystem entwickelt, das durch gegenseitigen Ausgleich der thermischen Ausdehnungen verschiedener Materialien für eine weitere thermische Längenstabilisierung sorgt. Erste Tests des entwickelten Ballonspektrometers erfolgten im Rahmen zweier Messkampagnen in Südwestfrankreich. An Bord einer Stratosphärenballongondel wurden bei Temperaturen bis –56 °C bis in eine Höhe von 32 km erfolgreich atmosphärische Wasser- und Methankonzentrationen gemessen. Die Zeitauflösung lag dabei, je nach Flughöhe, zwischen 1,5 s und 200 s. Die Nachweisgrenzen der Methan- bzw. Wassermessung liegen bei 100 ppb bzw. 300 ppb. Anhand der aufgezeichneten Spektrometerdaten konnte die außergewöhnliche thermische Stabilität der entwickelten Langwegzelle validiert werden. Prozesse, die zur Bildung von atmosphärischen Partikeln führen, können mit Hilfe von In-situ-Messungen nur unzureichend untersucht werden. Eine Schwierigkeit besteht z.B. darin, dass sich ein bestimmtes Volumenelement nicht über einen längeren Zeitraum beobachten lässt. Deshalb führt man in der Aerosolkammer AIDA (Aerosol Interactions and Dynamics in the Atmosphäre) u.a. Laboruntersuchungen zur Dynamik von Gefrierprozessen durch. Bisher war dabei die Bestimmung der Partitionierung des Wassers in die feste, flüssige und gasförmige Phase nicht möglich, da bestehende Hygrometer nur den Gesamtwassergehalt aller drei Phasen bestimmen können. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Diodenlaserspektrometer zur In-situ-Bestimmung von Wasserdampfspuren in der AIDA entwickelt. Während der Messungen treten im Probenvolumen Temperaturen bis zu –90 °C auf. Um die Emissionswellenlänge des Diodenlasers stabil halten zu können und gleichzeitig den hohen Wassergehalt der Umgebungsluft außerhalb der Probenvolumens zu unterdrücken, wurde ein Glasfaser-gekoppeltes Spektrometer aufgebaut. Der Laser wird bei Raumtemperatur betrieben und der Laserstrahl mit einer Faser durch die feuchte Umgebungsluft an das kalte Probenvolumen herangeführt. Als Absorptionsstrecke wurde eine White-Multireflexzelle mit einer Weglänge von 82 m verwendet. Bei einer Zeitauflösung von 1,5 s liegt die erreichte Nachweisgrenze bei 23 ppbv. Ein Vergleich der Messergebnisse unter definierten Bedingungen mit einem Lyman-alpha-Spektrometer zeigt für kleine Konzentrationen (1,6 ppmv) nur relative Unterschiede von 2,4 %. Bei der Durchführung von Experimenten hat sich gezeigt, dass mit dem entwickelten TDL-Spektrometer in Kombination mit den bestehenden Hygrometern nun erstmalig eine genaue Bestimmung der Wasseranteile in der kondensierten und in der Gasphase möglich ist. "^^ . "2003" . . . . . . . . "Carsten"^^ . "Giesemann"^^ . "Carsten Giesemann"^^ . . . . . . "Entwicklung und Einsatz eines Diodenlaserspektrometers zum quantitativen In-situ-Nachweis von Methan und Wasser in der Stratosphäre (PDF)"^^ . . . "Dissertation_Giesemann.pdf"^^ . . . "Entwicklung und Einsatz eines Diodenlaserspektrometers zum quantitativen In-situ-Nachweis von Methan und Wasser in der Stratosphäre (Other)"^^ . . . . . . "indexcodes.txt"^^ . . . 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