Wie Aschewolke messen?

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Moin!

Ich weiß ja nicht, ob es wirklich ein Problem ist, bzw. in ein paar Tagen kalter Kaffee, aber im Moment sieht es ja wohl so aus, daß die Luftaffen und ihre Kundschaft eigentlich schon etwas genauer wissen wollen würden, wieviel von diesem Vulkanzeugs sich da nun genau wo befindet. Spannende Frage ist, wie man das rauskriegen könnte.

Radar hat's ein bißchen schwer: Diese Partikel haben wohl Größen im Bereich 5-50 µm, im Mittel so um die 20 µm, bestehen mehr oder weniger aus glasartiger Materie mit relativ wenig Quarzanteil und kommen nur in so geringen Anteilen in der Luft vor, daß man sie eigentlich auch nicht sieht, also machen sie kein gutes Radarecho. Dazu hatte ich mir folgendes überlegt:

Nehmen wir mal an, eine Sendeantenne schickt einen breitbandigen, also zeitlich ziemlich kurzen gebündelten Impuls durch die Wolke, dann streut davon jedes Teilchen ein wenig mehr oder weniger isotrop als Kugelstrahler. Auf die Sendeantenne kommt also ein sehr schwaches, zeitlich stark verschmiertes und kaum auswertbares Rauschen zurück, denn die einzelnen Teilchen streuen wegen ihres stochastisch verteilten Abstands natürlich nicht korreliert.

Etwas anders sieht das aus, wenn eine zweite Antenne als Empfangsantenne den gesendeten Strahl praktisch von der Seite beobachtet. Die sieht sozusagen die ganze Länge des Strahls und damit deutlich mehr Intensität. Alle Partikel, die auf einer Rotationsellipsoidschale mit den beiden Antennen als Brennpunkte liegen, erzeugen wegen der gleichen Signallaufzeiten ein kohärentes Empfangssignal; wenn man als Sendesignal dann noch einen Chirp verwendet, dann kann kann damit ganze Raumbereiche zwiebelschalenartig durchmessen, und mit mehreren Antennen sogar "tomographieren". Zweckmäßigerweise "beleuchtet" man dann einzelne Bereiche ausgesuchter sehr prolater Ellisoidschalen streifend, dann bekommt man eine hohe räumliche Auflösung und gute Empfangsintensitäten.

Da die Einzelpartikel gar nicht interessieren, sondern letztlich deren Dichte, könnte man damit schon ziemlich sinnvoll die Partikeldichte ausmessen. Ich denke, die Intensität sollte auch reichen: Mit MW-Impulsradar kann man immerhin pfenniggroße Partikel im Weltraum bis einige 1000 km Entfernung messen, dann sollte so eine Staubwolke aus einigen hundert km Abstand auch verwertbare Signale liefern. Schön wäre natürlich, wenn man möglichst breitbandig (bis in den

100-Ghz-Bereich hinein) an die Sache rangehen könnte, weil die Streuquerschnitte der Partikel mit omega^4 gehen und höhere Frequenzen deswegen gewaltige Intensitätsvorteile bieten.

Oder gibt es das schon?

Eine andere Möglichkeit wäre vielleicht diese Hochfrequenzheizung, die HAARP und Co. machen: Diese Staubpartikel sind vermutlich geladen. Wenn man in diese Staubwolke hohe Intensitäten reinbrezelt, dann wird im Bereich der Partikel deswegen die Luft stärker ionisiert, und das gibt dann erstens eine Streuung des Sendesignals und zweitens auch Funk- und Radarreflexe, also verstärkt die Streuung gewaltig. Ich stelle mir vor, daß man mehr oder weniger senkrecht nach oben eine Luftsäule heizt und dann davon Radaraufnahmen macht, dann müßten die Intensitäten doch auch die Partikeldichten abbilden.

Eine dritte Möglichkeit wären Impulse aus IR-Lasern, die wegen der angepaßten Wellenlänge effizient gestreut werden, so daß man die Streuintensität messen kann.

So kriegt man dann vielleicht Höhenprofile, die man aus Satellitenmessungen möglicherweise so nicht hat. Weitere Ideen?

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z
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"Ralf . K u s m i e r z" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...

Hi, Deine Idee ist nicht schlecht, bloß...wer soll da im Strahlschnittpunkt messen/hingucken? Gerade wegen der Streuung ist das ja eben nicht möglich. Außer, es lohnt nicht zu messen. Diese Technik wird ja in Staubsensoren verwendet. Und seit kurzem sogar als Mikrofon :-)

Bislang sehe ich eigentlich nur eine billige Möglichkeit, Ballons mit Fliegenfängern oder Luftproben. Aufsteigenlassen durch die Wolke, und ab

10km Höhe automatisch per Fallschirm landen. So kann man die Höhenwerte und die Ausdehnung abschätzen. Werden einige Meßstationen wohl auch so machen. Dein Laser jedenfalls müßte beim SDI geklaut werden, damit er in normaler Wolkenluft bis in x Kilometer Höhe noch auswertbare Effekte mißt. Und er müßte stundenlang laufen...naja, derzeit fliegt eh keiner, aber ob sich soeine teure Installation mehrfach lohnt? Ist ja nun nicht zu erwarten, daß es alle paar Tage einen weiteren Ausbruch geben wird. Eine andere Möglichkeit wäre vielleicht eine "Chemische", ein Bindemittel oder einen Kleber per Rakete in die jeweilige Meßhöhe schicken und die Farbe oder den Kontrast gegen den Himmel filmen. Oder die Kunststoffgewölle einsammeln und den Gehalt an Sand ermitteln.

Schlußendlich sollte eine simple Infrarotortung aus dem Orbit auch gehen, die teilchen sind vielleicht nur klein, aber immerhin deutlich größer als Gasmoleküle, haben Masse und dürften Sonnenlicht unter günstigem Winkel geeignet reflektieren. Dafür haben wir Satelliten da oben, die allerdings meist eher den Jupiter oder die Venus beobachten. Oder das Ozonloch.

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gUnther nanonüm

Ralf . K u s m i e r z schrieb:

In aller Kürzte: Das Zauber-/Suchwort heißt LIDAR. Damit können selbst kleinste Staubpartikel/Aerosole etc recht gut detektiert werden. Daneben werden u.a. noch Messungen mit Albedometern und Staubsammelsystemen an Bord von Flugzeugen durchgeführt. Habe mir erlaubt, ein f'up2 zu setzen.

Gruß Sepp X'Post: de.sci.electronics,de.sci.ing.elektrotechnik,de.sci.physik F'Up2 : de.sci.physik

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Joseph Froehlich

Am 19.04.2010 05:20, schrieb gUnther nanonüm:

Warum sollte das denn nicht möglich sein? Das Funktionsprinzip ist doch das Gleiche wie wenn man aufgewirbelten Staub in der Sonne aufblitzen sieht. Die Sonne ist der Sender und selber steht man abseits vom Strahlengang und kann von dort aus einen großen Raumwinkel betrachten und schwebende Staubkörnchen sehen. Die Wellenlänge, mit der das passiert, ist doch im Grunde genommen egal, so lange mit solchen Ablenkeffekten zu rechnen ist und sich das Signal deutlich genug vom Hintgergrund abhebt.

Sowas dauert aber lang und es wird nur auf der Flugbahn selbst gemessen. Die gezogene Stichprobe ist also ziemlich klein.

Na ja - mit Lidaren wird tatsächlich mit ordentlich Leistung gearbeitet. Allerdings wird aus Gründen des kompakten Messaufbaus halt nur das Licht gemessen, das auf dem gleichen Weg zurück kommt. Es wird nur die Zeit bis zum Eintreffen des Echos gemessen. Mit zusätzlichen Messstationen kann man aber auch per Triangulation messen, wenn Kamera und Laserimpuls zeitlich synchronisiert sind. Werden mehrere Kameras zusammen geschaltet, dann sollte sich in der Summe schon ein ordentliches Signal herausarbeiten lassen. Die Kameras können ja allesamt irgendwo im Umkreis von einigen Kilometern zum Laser fest installiert sein. Zeitkritisches Zusammenschalten macht man z.B. gelegentlich bei Radioteleskopen mit einer virtuellen Öffnung des ganzen Erddurchmessers. Die Technik existiert also prinzipiell.

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Christoph Müller

Wo ist da das Problem? Man schmeisst seinen Simulator an, und schon hat man das ganze h=FCbsch und ansehnlich auf seinem (Fernseh-)Bildschirm... :-( Gruss Harald

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Harald Wilhelms

"Harald Wilhelms" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@y17g2000yqd.googlegroups.com...

Man benutzt einfach die Ergebnisse von einem:

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LIDAR ist man sich halt nicht ganz so sicher, welche Teilchen dort rumschwirren
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MaWin

"Christoph Müller" schrieb im Newsbeitrag news:4bcbfeed$0$6881$ snipped-for-privacy@newsspool2.arcor-online.net...

Hi, nein, kist nicht dasselbe. So ähnlich hat mans ja auch schon gemacht, damit "sieht" man aber nur den Außenrand der Wolke. Wenn die ungleichmäßig ist, auch schonmal tief rein. Die Reflexionen sind jedenfalls ein eher schwaches, diffuses Signal und werden vom Inneren der Wolke kaum genügend scharf abzubilden sein, wenn das bißchen Licht erst noch 3km "andere Wolke" durchdringen muß. Radar ist derzeit wohl das einzige System, das genügend energiestark durchkäme. Doch ebenda haperts dann mit dem Staub, den "sieht" Radar nicht.

Ja, aber unerreicht billig. Kannst ja hunderte gleichzeitig loslassen. Ein einziger Flug mit nem Höhenjet dürfte ins Geld gehen, auch wenn der Flieger z.B. tolle Segeleigenschaften hat und allemann an Bord einen Fallschirm haben. Der kann nämlich auch nur einen Kurs durch die Wolke machen, ein "Raster" aus Ballons könnte dagegen gleichzeitig messen.

Aber die ermittelt nur die "nächstliegende Reflexion", nicht Dichte oder Ausdehnung/Dicke soeiner Wolke. Man kann damit gerademal noch die Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit ermitteln. Aber schon bei der Temperatur dürfte es hapern.

Für das Flugverbot "reicht" derzeit die Anwesenheit, mit Ballons ließe sich aber klären, ob die Schicht nicht etwa inzwischen auf eine "Scheibe" von ein paar hundert Metern vertikale Dicke runtergerieselt ist und Flieger sicher sind, sobald sie einmal die Reiseflughöhe erreicht haben. Dann bräuchte man nurnoch ein "Steigloch", eine Zone ungefährlicher Staubdichte, damit die Cockpitscheiben frei bleiben. Fettich.

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gUnther nanonüm

Am 19.04.2010 11:46, schrieb gUnther nanonüm:

jau, scheint so

Es gab schon 10 - 15 Testflüge und es gibt noch Flüge über Europa, alle ohne Befund, nicht die kleinste Beschädigung. Macht das einen von uns stutzig?

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LOL -- das war ein Witz, oder?

Von welcher Konzentration reden wir? Ist doch sowieso alles Blindflug.

Carsten

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Carsten Thumulla

Am 19.04.2010 12:22, schrieb Uwe Bonnes:

0 * 20.000 >> 0
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Carsten Thumulla

Klar, die Beobachtung der 15 Testfluege rechnest Du einfach auf die ansonsten stattfindenden 20.000 Fluege in Europa pro Tag hoch...

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Uwe Bonnes

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Harald Wilhelms schrieb:

Und was soll eigentlich dagegen sprechen? Die Luftbewegungen dürften schließlich ziemlich genau bekannt sein, und die Partikel haben keinen eingebauten Antrieb, also werden die brav mitschwimmen. Ausbreitungsrechnungen werden auf jeden Fall die hauptsächliche Informationsquelle sein, Messungen können immer nur dazu dienen, die mit Daten zu füttern, also festzustellen, welche Partikelmengen in den transportierten Volumina (noch) enthalten sind - die fallen unterwegs natürlich auch aus.

Da fällt mir noch eine Möglichkeit ein: Man injiziert in der Nähe des Vulkans einfach Ballons in den Luftstrom und verfolgt deren Flugbahn - wo Ballons sind, muß dann auch Asache sein. Also jede Viertelstunde an dem Vulkan ein paar Ballons mit automatischer Höhenregelung und eingebautem Peilsender auflassen und die dann verfolgen.

Die Bundesregierung hat übrigens gerade mitgeteilt, daß man mit Wetterballons keinen Vulkanstaub messen kann.

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

Am 19.04.2010 11:46, schrieb gUnther nanonüm:

Was auch schon eine Menge wert wäre.

Als Summensignal dürfte man über die Dichte schon halbwegs verlässliche Aussagen machen können. Sieht man dur Wolkengrenzen, kann man von "sehr dicht" ausgehen. Leuchtet dagegen die ganze Wolke auf, dann kann die Dichte nicht sonderlich hoch sein, weil der Strahl ja sowohl eindringen wie auch austreten kann.

Ist die Temperatur so wichtig? Dafür gibt's doch andere Messgeräte.

Wäre auch eine Möglichkeit. Allerdings: Ein Lidar wird einfach eingeschaltet, wenn man es braucht. Ein Ballonstart ist schon etwas mehr Aufwand.

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Christoph Müller

gUnther nanonüm schrieb:

Hallo,

sobald der Ballon in der Luft ist, herrscht um ihn herum Windstille, er bewegt sich ja so schnell wie die umgebende Luft, vom Aufstieg abgesehen. Da kann ein Fliegenfänger keine definierten Staubproben sammeln. Man braucht ein Verfahren das ein einigermassen definiertes und genügend grosses Luftvolumen durch ein passendes Filterpapier saugt. In regelmässigen Zeitabständen wird das Filterpapier ein Stück weiterbewegt damit man auch einige Messpunkte über den Zeitablauf hat. Aber zum Auswerten muß man den Ballon erst mal wieder einsammeln nach der Landung. Die Ballons alle mit Peilsendern zu verfolgen, zu suchen und zu bergen stellt einen erheblichen Aufwand dar und wird nicht billig, der Suchaufwand dürfte deutlich mehr kosten als der Ballon mit Nutzlast selbst. Dann muß man die geborgenen Filterpapiere auch noch auswerten, ist da überhaupt Vulkanstaub drauf und wieviel und daraus die Staubmenge pro m^3 Luft bestimmen.

Bye

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Uwe Hercksen

Ralf . K u s m i e r z schrieb:

Hallo,

die Ballons müssten ja genauso schnell steigen wie der Staub und auch genauso hoch, sowie ebenso langsam sinken. Wie soll denn "eine automatische Höhenregelung" dafür sorgen das sich die Ballons genauso bewegen wie der Staub?

Die bisher benutzten und vorhandenen Ballons sind jedenfalls nicht zum Messen von Staub geeignet, die messen nur Temperatur, Druck und vielleicht noch Feuchte und Sonneneinstrahlung. Man müsste erst Staubprobensammler bauen die man an Wetterballone hängen kann.

Bye

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Uwe Hercksen

Am 19.04.2010 15:09, schrieb Uwe Hercksen:

Staubsauger!

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Christoph Müller

Am 19.04.2010 15:09, schrieb Uwe Hercksen:

LH Jets fliegen lassen (Reisehöhe soll ja ziemlich gleich der Staubwolke sein) und sehen, was passiert. Am besten über dem Atlantik. Das sollte auch LH zufriedenstellen.

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horst-d.winzler

Am 19.04.2010 11:46 schrieb gUnther nanonüm:

Die Ballone werden doch 'eh von jeder besseren Wetterstation ein bis x-mal am Tag aufgelassen. Da muß dann halt ein Staubmesser (welcher Art auch immer) mit rein.

Kristian

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Kristian Neitsch

Am 19.04.2010 16:25, schrieb horst-d.winzler:

Hat man gemacht. Kein Befund. Und nun?

Carsten

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Carsten Thumulla

Am 19.04.2010 18:39 schrieb Carsten Thumulla:

Einfach fliegen, ein bisschen Schwund ist immer?

Kristian

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Kristian Neitsch

Am 19.04.2010 18:39, schrieb Carsten Thumulla:

Wie zuverlässig ist deine Aussage?

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horst-d.winzler

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