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Laser in der Umwettmeßtechnik Laser in Remote Sensing Vorträge des 10. Internationalen Kongresses Proceedings of the 10th International Congress
Laser 91
Herausgegeben von/Edited by C. Werner, V Klein, K. Weber
Mit 154 Abbildungen/With 154 Figures
Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest
Dr. rer. nat. Christian Werner Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt, Institut für Optoelektronik, Oberpfaffenhofen
Dr. rer. nat. Volker Klein Kayser-Threde GmbH, München (vormals Battelle Institut e.v., Frankfurt)
Dr. rer. nat. Konradin Weber Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, Düsseldorf
Dieser Band wurde gefördert durch: DLR - Institut für Optoelektronik, Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DI N, Kayer-Threde GmbH, Battelle Europa e.v., Münchener Messe- und Ausstellungsgesellschaft mbH
~R C)Battelie KAYSER-THREOE
ISBN 978-3-540-55248-2 ISBN 978-3-642-50980-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-50980-3
CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
VDI DIN
Laser in der Umweltmeßtechnik : Vorträge des 10. Internationalen Kongresses Laser 91 = Laser in remote sensin9 1 hrsg. von C. Werner ... - Berlin ; Heidelberg ; NewYork ; London ; Paris; Tokyo ; Hong Kong ; Barcelona; Budapest : Springer, 1992
ISBN 978-3-540-55248-2
NE: Werner, Christian [Hrsg.]; Internationaler Kongress Laser <10, 1991, München >; PT
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992
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Satz: Reproduktionsfähige Vorlagen der Autoren
62/3020- 5 4 3 2 1 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Vorwort
In den letzten Jahren hat sich die Optoelektronik und die Anwendung des Lasers mit einer solchen Dynamik weiterentwickelt, daß es sinnvoll wurde, die Beiträge des Kongresses an läßlich der LASER 91 in nach Anwendungen getrennten Bänden zu dokumentieren. Professor Dr. W. Waidelich ist wissenschaftlicher Leiter des Gesamtkongresses. Die Umweltmeßtechnik wird als getrennter Band herausgegeben.
Mit der Kongress-Messe LASER 91 eröffnete die Münchener Messeund Ausstellungsgesellschaft einen Überblick über den neuesten Stand und die Entwicklungstendenzen. Die Synthese von Forschung und Anwendung (Kongress) mit der Praxis der kommerziell erhältlichen Geräte (Messe), wie sie im Verbund von Kongress und Ausstellung dokumentiert wird, hat auf der LASER langjährige Tradition. Dem Kongresszentrum der Münchener Messe- und Ausstellungsgesellschaft ist für die Vorbereitung und die professionelle Durchführung der Teilkongresse zu danken.
Der hier vorliegende Band Laser in der Umweltmeßtechnik zeigt die Bedeutung der optischen Meßtechnik für das wachsende Gebiet der Umweltforschung. Die Organisation des Teilkongresses wurde erstmals auf mehrere Spezialisten verteilt: Dr. Tacke organisierte den Teil der Meßtechnik für die Erfassung von Verbrennungsprozessen, Dr. Günther den Teil für die Laseranwendungen zur Erforschung des Vegetationsstresses.
Neu ist auch der sich anschließende Workshop über optische Fernmeßerfahren zur Erfassung von Luftverunreinigungen. Um Experten aus Behörden, der Industrie und der Forschung zusammenzubringen, teilten sich die Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN, Battelle Europa und Kayser-Threde die Organisation des Workshops. Diese Organisationen sind auch Träger des vorliegenden Bandes.
Für das Zustandekommen des Buches sei allen Autoren, Diskussionsteilnehmern und dem Springer Verlag gedankt.
München, November 1991 Christian Werner Volker Klein Konradin Weber
Preface
During the last years the development of optoelectronics and laser applications was increasing at such arate, that it would be necessary to publish the contributions presented at LASER 91 in separate volumes. Professor Dr. W. Waidelich is the general program chairman of the 10th International Congress. Beginning with LASER 91 Lasers In Environmental Remote Senslng is presented in a separate volume.
Since 1973, the Munich Trade Fair Corporation has been providing a survey of the state-of-the-art and trends in development through its LASER OPTOELECTRONICS congress and trade fair. The successful synthesis of theory and practice made evident by the coordination of the congress and exhibition, has helped this high-tech information forum in Munich to gain an international reputation. This is the oldest and most important event of this kind and it has become the meeting place for experts from all over the world. We would Iike to thank the congress center of the Munich Trade-Fair Corporation for the professional organization and performance of this part of the congress.
This book Laser in (environmental) Remote Sensing demonstrates the importance of optical measuring techniques for its increasing application in environmental sciences. The organization of the sessions was appointed to different experts: Dr.Tacke organized the session Combustion Spectroscopy and Dr.GÜnther the session on applications to monitor Vegetation Stress.
The workshop on Optlcal Remote Senslng of Air Pollution was added as a new forum to the congress. Experts from authorities, industry and research discussed the problem. The workshop was organized by the German Aerospace Research Establishment (DLR), the commission on Air POllution Prevention in VDI and DIN, Battelle Europe and by Kayser-Threde. These organizations are also contributing to the publishing costs.
We would like to express our gratitude to all the authors, workshop participants and chairpersons and to Springer-Verlag for their help in the preparation of this book.
Munich, November 1991 Christian Werner Volker Klein Konradin Weber
Referenten - Contributors
Ansmann, A., 98 Kempfer, U., 89 Schade, W., 53 Aufm Kampe, w., 189 Kiemle, C., 102 Schäfer, K., 233
Kindler, T., 210 Schmidt, E., 141 Birkmayer, w., 197 Klein, V., 113 Schmidt, w., 65 Bisling, P., 197 Koechler, C., 46 Schmitt, N.P., 201 Bittner, H., 221 Koehler, S., 197 Schneckenburger, H., 65 Bobey, K., 205 Kölsch, H.J., 85 Schöneborn, F., 93 Breuer, E., 70 Kolm, M., 197 Simmet, G., 102 Bröker, G., 253 Krautstrunk, M., 148 Siemr, F., 146 Bublitz, Jo, 53 Sonnemann, Go, 217
Lahmann, W., 197 Stahl, Ho, 122 Carnuth, w., 89 Leipertz, A., 15 Stricker, w., 22 Claude, Ho, 93 Lindermeir, E., 153 Cossard, Vo Go, 217 Lotz, R., 89 Tacke, Mo, 11
Lüdecker, w., 74 Tank, V., 153, 239 Dahn, H.Go, 74 Taubenberger, R., 210 Diehl, w., 113, 205 Maier-Schwartz, K.Ho, 70 Trickl, T., 89
Manier, Go, 183 Ehret, Go, 102 Martini, L., 233 Vallon, Fo, 244 Eßlinger, A., 37 Mehnert, A.,201 Verdebout, Jo, 46
Michaelis, w., 98, 197 Fergg, Fo, 244 Mosebach, H., 221 Walenda, R., 141 Fiedler, J., 217 Wandinger, Uo, 98 Fiedler, Mo, 249 Nick, K.-P., 53 Weber, K., 113, 131
Weber, Ho, 189 Giesbrecht, Ho, 161, 258 Obländer, W., 141 Weddigen, Cho, 244 Glauer, Jo, 197 Weitkamp, Co, 98, 197 Gölz, Cho, 249 Paffrath, 0o, 148 Witte, Fo, 41 Goers, Uo-Bo, 197 Peuser, P., 201 Wolf, JoP., 85 Graber, w., 210 Platt, U., 249, 260 Wöste, L., 85 Günther, Ko, 74
Rairoux, P., 85 Haschberger, P., 239 Renger, Wo, 102 Haus, R., 233 RiebeseIl, Mo, 98 Hegeler, Go, 70 Rippel, Ho, 221 Helbig, V., 53 Rudolf, w., 205 Hotop, R., 171 Ruth, Bo, 78
Sitzungsleiter - Session Chairmen
M. Tacke
Ch.Werner
K. Günther
G. Ehret
V. Klein
K. Weber
Ch. Werner
C. Weitkamp
G. Bröker
H. Giesbrecht
U. Platt
Spektroskopie der Verbrennung
Meeresverschmutzung
Vegetationsstre ß
Luftverschmutzung
Workshop : Kalibrierung und Luftchemie
Workshop: Fernmeßverfahren in der chemischen Industrie und Ausbreitung von Schadgasen
Workshop: Meßgeräte und Meßverfahren I
Workshop: Meßgeräte und Meßverfahren 11
Workshop: Überwachung der Luftqualität
Workshop: Störfall und diffuse Quelle
Workshop: Klima
Inhaltsverzeichnis - Contents
Sitzungsleiter/Session Chairmen
Reterenten/Contributors
Einleitung
1.
M. Tacke/D
Spektroskopie der Verbrennung Spectroscopy of Combustion
XI
IX
Diodenlaserspektroskopie tür Umweltmeßtechnik 11
A. Leipertz/D Verbrennungsdiagnostik über Laser-Streulicht-Verfahren 15
W. Stricker/D Temperaturmessung mit CARS . 22
2.
A. Eßlinger/D
Wasserversch m utzu ng Water Pollution
Ein Sensorsystem zur Luftüberwachung der Meeresver-sChmutzung für den Bundesminister für Verkehr 37
F. Witte/D Oil Spill Detection with Imaging Airborne Radar . 41
J. Verdebout, C. Koechler/I Technical Discription and Simulation Experiments tor Oil Fingerprinting and Water Columm Characterization 46
W. Schade, J. Bublitz, V. Helbig and K.-P. Nick/D Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy tor Diagnostics ot Oil-Pollution in Water . 53
XIV
3. Vegetationsstre ß Vegetation Stress
W. Schmidt, H. SchneckenburgerlD Investigation of Forest Decline by Various Time Resolved Luminescence Techniques Untersuchung von Waldschäden durch zeitaufgelöste Lumineszenz 65
K. H. Maier-Schwartz, E. Breuer, G. Hegeler/D Mobiles Pikosekunden Fluorimeter zur Untersuchung von Vegetationsstreß 70
W. Lüdecker, H. G. Dahn, K. Günther/D Laserinduced Fluorescence as an Indicaton of Vegetation Stress74
B. Ruth/D Use of Chlorophyll Fluorescence Induction Kinetice in the us-to s-Range for Classification of Damage to Forests . 78
4. Luftversch mutzu ng Air Pollution
H. J.Kölsch, P. Rairoux, J. P. Wolf, L. Wöste/D Probing Air Pollutants by Differential Absorption LlDAR Laser-Fermeßmethoden für Schadgase in der Atmosphäre. 85
W. Carnuth, U. Kempfer, R. Lotz, Dr. T. Trickl/D Ein tropospärisches Ozonlidar . 89
F. Schönenborn, H. Claude/D Lidarmessungen in der Stratosphäre Ein Auswerteverfahren zur Bestimmung von Ozonprofilen 93
C. Weitkamp, A. Ansmann, M. RiebeseIl U. Wandinger, W. Michaelis/D Wasserdampfmessungen mit einem Ramanlidar. 98
G. Ehret, C. Kiemle, W. Renger, G. SimmetiD Wasserdampf-Differential-Absorptions Lidar im nahen Infrarot 102
xv
5. Workshop: Optische Fernmeßverfahren zur Erfassung von Luftverunreinigungen Workshop: Optlcal Remote Sensing of Air Pollution
5.1 Kalibrierung und Luftchemie Calibration and Air Chemistry
W. Diehl, V. Klein, K. Weber/D Optische Fernmeßverfahren zur Bestimmung gasförmiger Luftschadstoffe in der Troposphäre 11 3
H. Stahl/D Meßaufgaben und Anforderungen an Fernmeßverfahren aus Behördensicht 122
K. Weber/D Bestimmung von Verfahrungskenngrößen von Meßverfahren in der Lufteinhaltung nach VDI-Richtlinien und DlN/ISO-Normen 131
W. Obländer, E. Schmidt, R. WalendaiD Aufgaben aus der Praxis, Eignungsprüfungen und Mindesanforderungen, OPSIS Gerät als Modellfall für ein Zulassungsprüfverfahren . 141
F. Siemr/D Radiatively Active Trace Gases and their Monitoring by Optical Remote Sensing . 1 46
M. Krautstrunk, D. Paffrath/D Großräumige Erfassung von Luftschadstoffen durch in-situ Messungen vom Flugzeug aus als Datenbasis zum Vergleich für Fernmeßverfahren . 148
E. Lindermeir, V. TankiD Calibration Procedure for a Fourier Spectrometer with Automatie Determination of the Source Temperature . 153
XVI
5.2
H. GiesbrechtlD
Fernmeßverfahren aus der Sicht der chemischen Industrie und Ausbreitung von Schadgasen Remote Sensing in Chemical Plants and Dispersion of Trace Gases
Anforderungen an optische Fernmeßverfahren aus Sicht der chemischen Industrie . 161
R. Hotop, W. SchneideriO Möglichkeiten und Erfahrungen mit Fernmeßverfahren bei der Anlagenemissionsüberwachung in der chemischen Industrie. 171
G. Manier/D Die numerische Simulation der Ausbreitung von Gaswolken bei Störfällen 1 83
W. aufm Kampe, H. WeberiO Diffusion Model for Toxic Substances Influenced by Terrain Data 189
5.3 Meßgeräte und Meßverfahren Instruments and Methods I
C. Weitkamp, P. Bisling, J. Glauer, U.-B. Goers,S.Köhler, W. Lahmann, W. Michaelis/D R.Buschner, M. Kolm, W. Birkmayer/D Das mobile, ortsauflösende Schadgasfernmeßsystem ARGOS 197
A. Mehnert, P. Peuser, N.P. SchmittlD New Solid State Lasers for Applications in Lidar Systems 201
K. Bobey, W. Diehl, W. Rudolf/D Fernmessung von Straßenverkehrs-Immissionen mit abstimmbaren Laser-Dioden 205
W. Graber, R. Taubenberger, T. Kindler/CH Die Messung atmosphärischer Spurengase mit der DOAS Methode 21 0
G. Sonnemann, G. v. Cossard, J. FiedleriO Laser Sensor für N02 . 21 7
5.4 Meßgeräte und Meßverfahren 11 Instruments and Methods 11
H. Mosebach, H. Bittner, H. Rippel/D Einsatzmöglichkeiten des Doppelpendelinterferometers DPI zur Emissions-und Immissionsmessung
XVII
von Luftschadstoffen . 221
R. Haus, K. Schäfer, L. Martini/D Theoretical Examinations of Atmospheric Radiative Transfer in Remote Sensing of Air Pollution by FTIR Spectroscopy 233
P. Haschberger, V. TanklD Spektroskopische Fernmessung von Luftschadstoffen unter Einsatz eines Michelson Interferometers mit rotierenden Retroreflektoren 239
F. Fergg, F. Vallon, Ch. Weddigen/D Ein flugzeuggestützes Fourierspektrometer zur Messung atmosphärischer Spurenstoffe 244
Ch. Gölz, M. Fiedler, U. Platt / D Photoacoustic Methane Measurements 249
5.5. Ergebnisse der Arbeitsklausur Workshop Results
Gruppe
Überwachung der Luftqualität
Störfall, diffuse Quelle
Klima
Moderator
G. Bröker
H. Giesbrecht .
U. Platt .
253
258
260
