Verbundprojekt »EULIAA«

EULIAA - European Lidar Array for Atmospheric Climate Monitoring

© Fraunhofer ILT, Aachen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Durch die Bemühungen um eine Eindämmung des Klimawandels wird das Verständnis und die Überwachung der Physik der Atmosphäre (einschließlich der Wind- und Temperaturverteilung in der Atmosphäre) immer wichtiger. Sie ist entscheidend für die Verbesserung von Klimamodellen und Wettervorhersagen. Es gibt jedoch eine Datenlücke für kontinuierliche Messungen oberhalb von 5 km, der maximalen Höhe kommerzieller kompakter Windradar- und -lidarsysteme. Im Rahmen des von der EU finanzierten EULIAA-Projekts soll ein Lidar-Array entwickelt werden, das den atmosphärischen Wind und die Temperatur in einem Bereich von 5 km bis 50 km rund um die Uhr über einen langen Zeitraum (mehr als ein Jahr ohne Wartung) autonom misst und ein großes Beobachtungsgebiet (bis zu 10 000 km2) abdeckt. Die neuen Lidar-Einheiten sind preisgünstig, kompakt, effizient, leicht zu transportieren und können durch Windturbinen oder Solarzellen betrieben werden.

EULIAA wird neuartige Datensätze in nahezu Echtzeit liefern, die in die europäischen Datenbanken Copernicus und GEOSS aufgenommen werden können, um aktuelle Datenlücken zu schließen und die Auswirkungen des Klimawandels zu überwachen sowie Klimaschutzmaßnahmen zu bewerten.

Sobald die im Rahmen von EULIAA entwickelten verbesserten Fähigkeiten in schwer zugänglichen Regionen (Polar-, Äquator- und Gebirgsregionen) mit einem hohen TRL (6-8) demonstriert und validiert wurden, werden ein Geschäftsplan und eine Roadmap für ein europäisches Lidar-Array erarbeitet, an dem relevante Akteure aus Industrie, Normung und Endnutzern beteiligt sind.

Das EULIAA-Projekt (Laufzeit 48 Monate, Budget 3,2 Mio. €) vereint 7 Partner aus 5 Ländern mit Experten für Lidar und seine Subsysteme, atmosphärische Observatorien und Anbieter atmosphärischer Daten. Es umfasst alle notwendigen Disziplinen, um die technologische Entwicklung, den Datentransfer und die nachhaltige Nutzung zu gewährleisten.

Die Ziele

© Leibniz Institute for Atmospheric Physics IAP

1. Überlegene Tageslichttauglichkeit der neuartigen Lidar-Systeme

Demonstration der überlegenen Tageslichttauglichkeit des individuellen, kostengünstigen und kompakten Lidarsystems durch Messung von Schlüsselparametern für die Überwachung des Klimawandels, z.B. Wind, Temperatur und Aerosole mit gleichzeitiger Doppler-Rayleigh- und -Mie-Messung bei Tageslicht in Höhen von 5 bis 50 km. Das Lidar wird seine beste Leistung in der Troposphäre erbringen, aber auch die Höhe über 20 km wird kontinuierlich mit hoher Auflösung (Sichtlinien-Windfehler < 1m/s, Temperaturfehler < 1 K, 200 m Binning, 5 min Messzeit) überwacht, und sogar der maximale Messbereich (bis zu ~25 km) der von AEOLUS gelieferten Gold-Standard-Daten wird verdoppelt werden. Die räumliche und zeitliche Auflösung in 20 km Höhe wird mit den größten wissenschaftlichen Radarsystemen (ca. 6000 m²) der Welt vergleichbar sein, aber die höchste erreichte Höhe wird doppelt so hoch sein, d. h. 20-mal höher als bei den modernsten kommerziellen Lidars. Die Datenlücke in diesem derzeit unzugänglichen Bereich der Atmosphäre wird durch ein neuartiges Doppler-Lidar-Array mit mehreren Sichtfeldern (FOV) geschlossen.

© Leibniz Institute for Atmospheric Physics IAP

2. Demonstration und Validierung des Potenzials eines Lidar-Arrays

Die Kombination von zwei einzelnen kompakten Lidar-Systemen mit überlappenden Messregionen ist der erste Schritt zu einem Lidar-Array, das ein großes Gebiet abdecken kann (> 100 km Beobachtungsspanne) und fünf Windkomponenten für jedes System bereitstellt. Ein erstes europäisches Lidar-Array aus 10 Einheiten wird die Beobachtung von Schwerewellen in der gesamten oberen Troposphäre und Stratosphäre ermöglichen und so das Verständnis des globalen atmosphärischen Energietransfers vertiefen, der für das Verständnis des Klimawandels und die Verbesserung der Wettervorhersage wichtig ist. Die Messungen werden mit einer gut etablierten wissenschaftlichen Infrastruktur (Lidars, Radars, Sondierungsballons) in führenden europäischen Atmosphärenforschungseinrichtungen und Datensätzen aus europäischen Datenbanken wie ECMWF und Copernicus validiert.

 

 

© Google Maps
© Fraunhofer ILT, Aachen.

 

 

 

 

 

3. Demonstration der Leistungsfähigkeit in schwierigen Umgebungen in ganz Europa

Nachweis des Betriebs in Gebieten mit extremen physikalischen Bedingungen durch Messungen an mindestens vier verschiedenen Standorten in polaren (Nordnorwegen), gebirgigen (Schweiz), mediterranen (Frankreich) und äquatornahen (Teneriffa) Umgebungen und von Meeres- bis zu Gebirgshöhe. An jedem Standort werden die gesammelten Daten mit den bestehenden, ausgearbeiteten und kalibrierten Messinfrastrukturen, wie Radar, Lidar und Sondierungsballons, verglichen. Der Einsatz an diesen Standorten zeigt, wie einfach der Einsatz aufgrund der kompakten Bauweise (~ 1m3), des geringen Gewichts (~500 kg) und des autonomen 24/7-Betriebs ist. Der niedrige Stromverbrauch (~500 W) ermöglicht den Einsatz von netzunabhängigen Stromquellen wie kleinen mobilen Windturbinen, Solarpanelen und Brennstoffzellen und führt zusammen mit dem wartungsfreien Betrieb zu nachhaltigen Langzeitbeobachtungen. Die Erfahrungen mit dem Betrieb der Lidar-Einheiten erlauben eine Abschätzung der Möglichkeit eines flugzeuggestützten Betriebs der Lidar-Einheiten mit nur geringen Anpassungen.

4. Schließung der Lücken durch Integration der Daten in europäische Datenbanken

Mehrwert für die Umweltbeobachtung nicht nur durch das Sammeln von Daten, um die Lücke für kontinuierliche atmosphärische Schlüsselparameter > 10 km zu schließen (siehe Ziel 1), sondern auch durch die Integration dieser Daten in nahezu Echtzeit in europäische Datenbanken wie Copernicus, um sie der wissenschaftlichen Gemeinschaft und der allgemeinen Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Technologie in gleichem Maße zu fördern und sie bis zum Ende des Projekts für die Industrie verfügbar zu machen. Dies unterstützt das Ziel des Green Deal, ein hochpräzises digitales Modell der Erde einschließlich der gesamten Atmosphäre zu entwickeln, um die Fähigkeit der EU zur Vorhersage und zum Umgang mit Umweltveränderungen zu verbessern.

© Fraunhofer ILT, Aachen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

 

 

5. Roadmap für ein europäisches Lidar-Array zur Überwachung des atmosphärischen Klimas

Sicherstellung der Nachhaltigkeit der technologischen Entwicklung durch die Ausarbeitung eines Fahrplans für ein europäisches Lidar-Array zur Überwachung des atmosphärischen Klimas. EULIAA wird den TRL-Status aller spezifischen Komponenten bewerten, industrielle Partner für die Nutzung identifizieren und die notwendigen nächsten Entwicklungsschritte definieren. Zusammen mit Industriepartnern, denen die Technologie des im IR arbeitenden Lidars derzeit übertragen wird, werden die notwendigen Anpassungen und zusätzlichen Übertragungen für die nächste Generation, die im UV und mit mehreren FOV arbeitet, bewertet. Weitere Anwendungen wie der Einsatz zur Kalibrierung und Validierung zukünftiger weltraumgestützter EO-Missionen werden mit den identifizierten Interessengruppen diskutiert.

Neuigkeiten

In diesem Jahr haben wir unser neues EU-gefördertes Projekt EULIAA: European Lidar Array for Atmospheric Climate Monitoring mit unserem Hybrid-Kickoff-Meeting online und in Aachen gestartet.

 

Im Rahmen des Projekts sind die Partner Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT), Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik (IAP)AltechnaAndøya SpaceBundesamt für Meteorologie und Klimatologie MeteoSchweizLATMOS Laboratoire Atmosphères, Observations Spatiales und GordienStrato werden neuartige mobile bodengestützte Lidarsysteme entwickeln, die in einem Array über großen Gebieten betrieben werden können, ihre Leistungsfähigkeit in umfangreichen Feldkampagnen in ganz Europa demonstrieren und die atmosphärischen Daten nahezu in Echtzeit in europäische Datenbanken wie COPERNICUS und GEOSS einspeisen.

 

Wir sind ein großartiges Konsortium mit vielen Experten in allen relevanten Bereichen, die sich gerne der Herausforderung einer solch ehrgeizigen Technologie stellen. Wir sind der Europäischen Kommission dankbar für ihr Vertrauen in uns und die Möglichkeit, die Entwicklung voranzutreiben, um Lücken in den Umweltdaten zur Überwachung des Klimawandels zu schließen.

 

Wir werden Sie auf dem Laufenden halten über unsere Mission, unser Konsortium, unsere Erfolge und die Möglichkeiten, uns zu treffen und an unserer Entwicklung teilzuhaben. Wenn Sie mögen, folgen Sie uns auch auf LinkedIn EULIAA.

 

 

© Fraunhofer ILT, Aachen.

Die Partner

Im Rahmen von EULIAA bringen sieben Partner, Forschungseinrichtungen und KMU aus fünf Ländern in ganz Europa, ihr einzigartiges Fachwissen in den Bereichen Atmosphärenmessung, Lidare, Laser, Optik und Datenmanagement zusammen, um das europäische Lidar-Array für die atmosphärische Klimaüberwachung zu entwickeln.

© europa.eu

Fraunhofer ILT

Die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. ist ein Bindeglied zwischen Wissenschaft und Wirtschaft, d.h. zwischen der Forschung und der Anwendung ihrer Ergebnisse. Sie beschäftigt 12500 Mitarbeiter in 56 Instituten an 40 Standorten und verfügt über einen Forschungsetat von rund 1,2 Mrd. €. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT ist mit über 250 Mitarbeitern und 10.000 m² Nutzfläche weltweit eines der wichtigsten Entwicklungs- und Auftragsforschungsinstitute auf den Gebieten Laserstrahlquellen und -komponenten, Einsatz moderner Lasermess- und Prüftechnik und lasergestützte Fertigung. Das ILT verfügt über Kompetenzen in den Bereichen Optikdesign, nichtlineare Optik, abstimmbare Laser und Packaging, die für die EULIAA von Bedeutung sein werden.

https://www.ilt.fraunhofer.de/

Leipniz  Institute for Atmospheric Physics IAP

Das Leibniz Institute for Atmospheric Physics IAP erforscht die Physik der Mesosphäre und der unteren Thermosphäre in enger Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern. IAP-Forschungsschwerpunkte in der mittleren Atmosphäre (10-120 km) sind die Erforschung der Atmosphäre (Temperatur, Wind, Metallschichten, Aerosole, ...); die Kopplung atmosphärischer Schichten (Gezeiten, planetarische Wellen, Schwerewellen und Turbulenz, ...), die langfristigen Veränderungen (Klimawandel, Trends, ...), die Entwicklung neuartiger Messtechniken (Lidar, Radar, Radiosonden, Höhenforschungsraketen, ...) und weltweite Messungen mit Schwerpunkt in den mittleren Breiten, der Arktis und Antarktis.

https://www.iap-kborn.de/

Altechna

Altechna bietet dielektrische Beschichtungen und optische Designs für Industriekunden an, um Lasergeometrien zu überdenken und noch höhere Spitzenleistungen zu erzielen oder um das Gewicht der kommerziellen Endprodukte zu reduzieren. Von Testchargen bis zur Massenproduktion werden die Qualität und die Wiederholbarkeit jedes Produkts durch ein Messlabor sichergestellt. AC kann innovative Lösungen von der Femtosekunden- bis zur Dauerstrich-Technologie anbieten.

https://www.altechna.com/

Andøya Space 

Andøya Space bietet die Dienstleistungen und Technologien an, die es der Wissenschaft ermöglichen, unsere Atmosphäre und die Weltraumumgebung zu erforschen. Andøya Space ermöglicht eine durchgängige Prüfung von Sensorsystemen. Das Andøya Space Observatorium ist so konzipiert, dass die Auswirkungen von Wind minimiert werden, um eine optimale Umgebung für die Lidar-Instrumente zu schaffen. Die Strahlen können eine Reichweite von über 100 Kilometern haben, und einige können um mehrere Grad geneigt werden.

https://www.andoyaspace.no/

Gordien Strato

Gordien Strato ist ein französisches Unternehmen, das in den folgenden Bereichen tätig ist: Atmosphärisches Lidar, Atmosphärenphysik in großer Höhe, Beobachtung von Gesamtozon (O3) und NO2. Gordien Strato verfügt über Erfahrungen in der Lidar-Technologie (Rayleigh-, Rückstreu-, Raman- und Doppler-Wind-Lidar) und UV-Vis-Spektrometern (Mini-SAOZ-Instrument) in der wissenschaftlichen Gemeinschaft und hat dazu beigetragen, die Technologie aus dem akademischen Bereich auf den Markt zu bringen.

Das Unternehmen hat eines der weltweit leistungsstärksten Rayleigh-Lidars (ein Mosaik aus acht Teleskopen mit einem Durchmesser von 50 cm und sechs 24-W-Lasern) für die Messung der atmosphärischen Temperatur und Dichte in bis zu 110 km Höhe auf dem französischen Schiff "BEM Monge" gebaut, modernisiert und gewartet.

Gordien Strato hat ein neues Hochleistungs-Mehrwellenlängen-Raman-Lidar für die Wolken-Aerosol-Wasserdampf-Forschung (IPRAL) bei SIRTA/IPSL installiert. Dieses Hochleistungs-Forschungs-Lidar verfügt über innovative Eigenschaften, die bei den derzeitigen Lidars in Frankreich noch nicht vorhanden sind.

LATMOS

LATMOS ist das Labor für Atmosphären und Weltraumbeobachtungen, das sich auf die Untersuchung der grundlegenden physikalisch-chemischen Prozesse spezialisiert hat, die die Erd- und Planetenatmosphäre und ihre Schnittstellen mit der Oberfläche, den Ozeanen und der interplanetaren Umwelt bestimmen. LATMOS hat starke instrumentelle Fähigkeiten entwickelt, innovative Instrumente gebaut, die vom Boden aus eingesetzt werden und manchmal in eine Umlaufbahn gebracht werden oder zu anderen Körpern im Sonnensystem aufbrechen. Es werden auch numerische Atmosphärenmodelle entwickelt und zur Interpretation der verschiedenen Beobachtungen verwendet.

https://www3.latmos.ipsl.fr/

MeteoSchweiz

MeteoSchweiz ist eine Forschungseinrichtung, die sich an nationalen und internationalen Kooperationen mit Universitäten und anderen nationalen Wetterdiensten beteiligt. MeteoSchweiz konzentriert sich auf die angewandte Forschung sowie die Entwicklung neuer Produktionsmethoden und neuer Wetter- und Klimaprodukte. MeteoSchweiz arbeitet eng mit den Universitäten und den Forschungsinstitutionen der ETH Zürich zusammen, um den nahtlosen Übergang von der universitären Forschung zur internen angewandten Forschung und Entwicklung zu gewährleisten.

https://www.meteoswiss.admin.ch/about-us/research-and-cooperation.html

»EULIAA« ist ein gemeinschaftliches Projekt des Fraunhofer ILT mit den folgenden Partnern

Leipniz Institute for Atmospheric Physics IAP

 

Latmos

 

Altechna

 

Andoya Space

 

Meteo Swiss

 

Gordien Strato