Erweiterung eines Fourier-Transform-Spektrometers zur bodengestützten Fernerkundung atmosphärischer Spurengase in Emission und Absorption:
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2000
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INHALT S VERZEICHNIS
UEBERBLICK (DEUTSCH) I
ABSTRACT (ENGLISH) III
INHALTSVERZEICHNIS V
EINLEITUNG 1
I PHYSIKALISCHER HINTERGRUND UND PROBLEMSTELLUNG 5
1 DIE ATMOSPHAERE DER ERDE 7
1.1 DER AUFBAU DER ATMOSPHAERE DER ERDE. 7
1.1.1 DIE TROPOSPHAERE . 7
1.1.2 DIE STRATOSPHAERE. 8
1.1.3 DIE AEUSSEREN SCHICHTEN DER ATMOSPHAERE. 8
1.1.4 DIE HOEHENVERTEILUNG ATMOSPHAERISCHER SPURENGASE. 8
1.2 STRATOSPHAERISCHES OZON. 9
1.2.1 ENTSTEHUNG UND AUFGABEN DES STRATOSPHAERISCHEN OZONS . . 9
1.2.2 DER OZONABBAU. 10
1.2.3 DAS ANTARKTISCHE OZONLOCH. 11
1.3 DER TTEIBHAUSEFFEKT. 13
1.3.1 URSACHEN DES TREIBHAUSEFFEKTS. 13
1.3.2 AUSWIRKUNGEN DES TYEIBHAUSEFFEKTS AUF DIE TEMPERATUR DER
TROPOSPHAERE. 13
2 FERNERKUNDUNG DER ATMOSPHAERE 15
2.1 GRUNDLAGEN DES STRAHLUNGSTRANSFERS. 16
2.1.1 STRAHLUNGSUEBERTRAGUNGSGLEICHUNG. 16
2.1.2 LINIENFORMEN. 18
2.2 DIE INVERSION DER STRAHLUNGSUEBERTRAGUNGSGLEICHUNG. 19
2.2.1 HOEHENINFORMATION IM GEMESSENEN SPEKTRUM. 20
2.2.2 FORMALE INVERSION DES STRAHLUNGSTRANSFERS . 22
2.2.3 PHILLIPS-TIKHONOV-REGULARISIERUNG. 23
V
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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2.2.4 FEHLERBETRACHTUNG. 24
2.3 BODENGESTUETZTE FERNERKUNDUNG MIT FTS. 25
2.3.1 BODENGESTUETZTE ABSORPTIONSMESSUNGEN. 26
2.3.2 BODENGESTUETZTE EMISSIONSMESSUNGEN. 29
II DER EXPERIMENTELLE AUFBAU 31
3 DAS FOURIER-TRANSFORM-SPEKTROMETER BRUKER IFS120 HR 33
3.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE EINES FOURIER-TRANSFORM-SPEKTROMETERS 33
3.1.1 FUNKTIONSPRINZIP EINES FOURIER-TRANSFORM-SPEKTROMETERS 33
3.1.2 DAS INTERFEROGRAMM IN EINER ALLGEMEINEN FORM. 36
3.1.3 DER MODULIERTE ANTEIL DES INTERFEROGRAMMS (INTEGRATION UEBER
A'). 37
3.1.4 DIE GROESSE DER EINTRITTSBLENDE (INTEGRATION UEBER FI') . . . . 38
3.2 DIE INSTRUMENTEILE LINIENPROFILFUNKTION. 39
3.2.1 ENDLICHER OPTISCHER GANGUNTERSCHIED. 40
3.2.2 GROESSE DER EINTRITTSBLENDE . 40
3.3 DAS SNR EINES FOURIER-TRANSFORM-SPEKTROMETERS. 41
3.4 DIE STRAHLTEILEREFFIZIENZ. 41
3.4.1 VORGEHENSWEISE ZUR BESTIMMUNG VON STRAHLTEILEREFFIZIENZEN 42
3.4.2 DIE STRAHLTEILEREFFIZIENZ DER MYLARSTRAHLTEILER. 44
3.4.3 DIE STRAHLTEILEREFFIZIENZ DES KBR-STRAHLTEILERS. 44
3.5 DIE MODULATIONSEFFIZIENZ. 46
3.5.1 VORGEHENSWEISE ZUR BESTIMMUNG DER MODULATIONSEFFIZIENZ . 46
3.5.2 DIE MODULATIONSEFFIZIENZ MIT KBR-STRAHLTEILER. 48
4 PLANUNG DES EXPERIMENTELLEN AUFBAUS 51
4.1 ANFORDERUNGEN AN DEN EXPERIMENTELLEN AUFBAU. 51
4.1.1 SPEZIFIKATION DER ANFORDERUNGEN . 51
4.1.2 DIE AEUSSEREN RAHMENBEDINGUNGEN. 53
4.2 PLANUNG DES OPTISCHEN AUFBAUS . 53
4.2.1 DER ENTWURF DER OPTIK. 53
4.2.2 RAYTRACING. 56
4.2.3 ANFORDERUNG AN DIE JUSTIERGENAUIGKEIT . 58
5 REALISIERUNG DES EXPERIMENTELLEN AUFBAUS 61
5.1 KALIBRIEREINHEIT MIT FENSTER UND SCHWARZKOERPERN . 61
5.1.1 DAS FENSTER DES EMISSIONPORTS. 61
5.1.2 DIE SCHWARZKOERPER. 62
5.1.3 DIE KALIBRIEREINHEIT. 64
5.2 DIE TVANSFEROPTIK. 65
5.2.1 HALTERUNG DER SPIEGEL. 65
VI
5.2.2 HEIZUNG DER SPIEGEL. 66
5.3 DIE SICHTLINIEN-STABILISIERUNGSEINHEIT. 66
5.3.1 DESIGN DER SICHTLINIEN-STABILISIERUNGSEINHEIT. 66
5.3.2 BAU DER SICHTLINIEN-STABILISIERUNGSEINHEIT. 68
5.4 DIE STEUERUNG DER ANLAGE. 69
5.4.1 DER AUFBAU DER ANSTEUERUNG . 69
5.4.2 IMPLEMENTIERUNG DER SOFTWARE. 70
6 JUSTIERUNG UND INBETRIEBNAHME DER ANLAGE 73
6.1 JUSTIERVERFAHREN. 73
6.1.1 JUSTIERUNG MIT EINER WOLFRAM-LAMPE. 73
6.1.2 JUSTIERUNG MIT DEM LASER DES SPEKTROMETERS. 74
6.1.3 DIE JUSTIERGENAUIGKEIT AM BEISPIEL DER SONNE. 75
6.2 DIE TEMPERATURREGELUNG. 76
7 TEST DER RADIOMETRISCHEN KALIBRIERUNG 77
7.1 DIE TRANSMISSION DER TVANSFEROPTIK. 77
7.1.1 MESSUNG DER TRANSMISSION DER TRANSFEROPTIK'. 77
7.1.2 BESTIMMUNG DES REFLEXIONSVERMOEGENS DER SPIEGEL. 79
7.2 GASZELLENMESSUNGEN IN EMISSION UND ABSORPTION . 80
7.2.1 EXPERIMENTELLER AUFBAU. 80
7.2.2 AUSWERTUNG UND VERGLEICH DER ERGEBNISSE. 81
III DURCHFUEHRUNG UND AUSWERTUNG ERSTER ATMOSPHAERI
SCHER MESSUNGEN IN EMISSION UND ABSORPTION 87
8 ERSTE MESSUNGEN IN ABSORPTION 89
8.1 INSTRUMENTELLE EINSTELLUNGEN. 89
8.2 NICHTLINEARITAETSKORREKTUR. 89
8.3 DIE AUSWERTUNG DER ABSORPTIONSMESSUNG IM HINBLICK AUF OZON . . 91
8.4 VERGLEICH DER AUSWERTESOFTWARE MIT DER DES IMK'S. 94
8.5 FEHLERBETRACHTUNG. 97
9 ERSTE MESSUNGEN IN EMISSION 99
9.1 INSTRUMENTELLE EINSTELLUNGEN. 99
9.2 DIE RADIOMETRISCHE KALIBRIERUNG. 99
9.3 DIE PHASENKORREKTUR.102
9.4 DIE AUSWERTUNG AM BEISPIEL VON OZON.102
9.5 FEHLERABSCHAETZUNG . 106
9.6 BEWERTUNG DER ERGEBNISSE AUS ABSORPTIONS- UND EMISSIONSMES
SUNGEN .108
10
ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
VII
109
LITERATURVERZEICHNIS
113
IV ANHANG 123
A DIE FOURIER-TRANSFORMATION 125
B AUFBAU DES BRUKER IFS120 HR 127
C DIE OPTISCHEN EIGENSCHAFTEN VON MYLAR 129
D DIE DATEN DER SPIEGEL 131
E SKIZZE DES OPTISCHEN AUFBAUS 133
F BILDER DES EXPERIMENTELLEN AUFBAUS 135
G TECHNISCHE DATEN DER MOTOREN 147
H SCHALTPLAN DER MOTORHEIZUNG 149
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 151
TABELLENVERZEICHNIS 155
SYMBOLVERZEICHNIS 157
DANKSAGUNG 159
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