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
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
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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.
--
mfg,
gUnther
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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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Servus
Christoph Müller
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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.
--
mfg,
gUnther
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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? http://www.radarvirtuel.com /

LOL -- das war ein Witz, oder?
Von welcher Konzentration reden wir? Ist doch sowieso alles Blindflug.
Carsten
--
"Wer A sagt, muss nicht B sagen, er kann auch erkennen, dass A falsch war."
Bertolt Brecht
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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 snipped-for-privacy@elektron.ikp.physik.tu-darmstadt.de

Institut fuer Kernphysik Schlossgartenstrasse 9 64289 Darmstadt
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Am 19.04.2010 12:22, schrieb Uwe Bonnes:

0 * 20.000 >> 0
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Uwe Bonnes schrieb:

Tagesanzeiger, 19-Apr-2010, 13:40 "Ein Nato-Kampfjet vom Typ F-16 ist am Wochenende bei einem Testflug über Europa von Vulkanasche beschädigt worden. Die Maschine landete mit Glas im Triebwerk, sagte ein hoher US-Beamter am Montag gegenüber der Deutschen-Presse-Agentur in Brüssel.
In der vergangenen Woche wurden bei zwei F-18-Kampfjets der finnischen Luftwaffe ähnliche Schäden am Triebwerk entdeckt, nachdem sie durch die Aschewolke geflogen waren. Die Maschinen landeten sicher, doch müssen die Düsen unter hohen Kosten wieder in Ordnung gebracht werden."
--
mfg Rolf Bombach

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Hi, nein, denn wenn es mal die Scheiben kostet, verstopft es auch die Staurohre oder schmirgelt die Isolationen der Antennen weg. Und mit etwas Pech stirbt der Generator...lies die BA-Segelgeschichte von Jakarta mal zuende. Derzeit ist diese Wolke völlig unbekannt zusammengesetzt, in ein paar Tagen aber dürfte sie sich schon durch Luftwirbel genügend stark "verdünnt" haben, daß es keine Rolle mehr spielt. Wer will aber vorerst die Verantwortung übernehmen? Vergiß nicht, das ist dann nicht nur ein Flieger, der einen verschlafenen Provinzflughafen nach Feierabend ansteuert, da könnten dann hunderte Jumbos zugleich auf Frankfurt zusegeln. Und ob heutzutage die Joystickjockeys noch die Arschflugsicherheit haben wie damals der BA-Captain? Ich bezweifel das. ILS ist fein, wenn Deine Antennen kaputt sind und der Bordcomputer sich abschaltet. Wieso gleich stürzte diese AirFrance damals in den Atlantik? Und das war wohl nur Eis...eine ordentliche Heizung hätte also genügt. Sand wird man so leicht nicht wieder los.
--
mfg,
gUnther
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gUnther nanonüm wrote:

Da Du offenbar mehr weißt als die Ermittler, würde es Dir sicher nichts ausmachen, ihnen Dein Wissen mit den entsprechenden Belegen mitzuteilen, oder? Das könnte einiges an Steuergeldern einsparen.
vG
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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.
--
Servus
Christoph Müller
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Hi, das hat man ja auch getan. Die Wolke "ist da", soweit der Stand der Politick.

Nun läßt Du total untern Tisch fallen, daß es kaum Kenntnisse über Zusammensetzung, Korngröße und -art des Staubes gbit. Etwa seine Refelxionsfähigkeit. Oder die Fähigkeit, Wasser zu binden oder andere Chemikalien, die über die Tage doe Oberfläche der "Körner" verändern können, und daher wiederholte Meßwerte "interpretationsbedürftig machen"

Wenn man nur könnte. Infrarot vielleicht? Kannst Du damit einen einzelnen Kubikfuß in einer Stratocumulus von 5 Kubikkilometern anmessen? Irgendeine "Auflösung" sollte Deine Meßmethode schon haben, vielleicht nicht ganz so krass, aber wenn man damit etwa einen "Staubalarm" triggern wollte, wäre eine allzuweiche Mittelwertmessung ziemlich witzlos. haben wir derzeit ja auch.

Aber Lidar hat eben die Nachteile, daß es nur dort "eingeschaltet" wird, wo es steht. Gib mir mal eben die Werte über der Nordseeküste. Nimm dazu den Lidar vom Brocken, oder meinetwegen den von der Zugspitze. Wie, die reichen nicht so weit? Das ist jetzt aber blöd....
--
mfg,
gUnther
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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
--
They send us in front with a fuse an' a mine
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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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Hi, autsch! Noch nie vom Mondstaub gehört? Nun sag nicht, der Mondwind hätte den reingeweht.

So funzen die Meßgeräte, wenn man die Art der Verschmutzung kennt. etwa wenn man nach Asbestfasern "sucht". Ansonsten werden eben luftleere Probenflaschen nacheinander geöffnet...wie Meerwasserproben, nur "weiter oben". Feinstaub kann ansonsten ganz simpel per "Luftwirbel" und Elektrostatik-Effekt gesammelt werden. Was hilft, wenn man viel Staub will und sich nicht um die Dichte in der Wolke schert. War das aber nicht eine der wichtigsten Fragen hier? Also ist gerade der Ballon gut für soeine messung, eben weil er nicht "mit dem Kescher" fischt.

Wieso? Der Ballon wird etwa per Radar oder Funkmessung überwacht, steigt schnell auf, sofern also nicht gerade Weststurm herrscht, kommt er vielleicht 30km weit, dann trennt sich die Sonde vom Ballon und landet fast senkrecht. meist auf dem Acker irgendwo in Niedersachsen, wo es am niedrigsten ist. Schüler schwärmen aus, Erdkundelehrer telefonieren, Bauern gucken auch mal durch die Seitenfenster ihrer Trecker, Finder kriegen eine Prämie, Polizei und Feuerwehr helfen bei der Bergung...das ist eine staatliche Forschung immerhin. Wenn es eilt, fliegt auch schonmal ein grünbrauner Heli übern Wald...
--
mfg,
gUnther
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gUnther nanonüm schrieb:

Lidar gibt es seit Jahrzehnten; die Geräte sind ziemlich verbreitet. Wird zu Atmosphärenmessung von allem Möglichen, insbesondere von Schadstoffen, verwendet. Die handelsüblichen gepulsten Laser haben locker 100MW Pulsleistung.
http://de.wikipedia.org/wiki/LIDAR
--
mfg Rolf Bombach

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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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wrote:

Wo ist da das Problem? Man schmeisst seinen Simulator an, und schon hat man das ganze hbsch und ansehnlich auf seinem (Fernseh-)Bildschirm... :-( Gruss Harald
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Man benutzt einfach die Ergebnisse von einem: http://www.eurad.uni-koeln.de / Bei LIDAR ist man sich halt nicht ganz so sicher, welche Teilchen dort rumschwirren http://www.rap.ucar.edu/staff/tardif/CUprojects/ATOC5235/lidar_remote_sensing.htm
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
homepage: http://freenet-homepage.de/mawin /
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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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