LIDAR

De Frans-Amerikaanse klimaatsatelliet Calipso maakt vanaf 700 kilometer hoogte een soort gordijndoorsnede van de atmosfeer tot veertig kilometer boven het aardoppervlak. De satelliet krijgt in de ruimte hulp vanaf de Hollandse polderbodem. Het RIVM gebruikt meteen na lancering een nieuw ontwikkelde LIDAR (Light Detection and Ranging Instrument) met krachtiger laser. Deze meet net als Calipso de verspreiding van fijn stof, maar dan nog tien maal nauwkeuriger.

Met de nieuwe LIDAR controleert het RIVM of Calipso zijn werk wel goed doet door de gegevens vanaf de grond te vergelijken met die uit de ruimte. Wijken de satellietgegevens te ver af, dan krijgt de meetapparatuur in de satelliet een correctie. Iedere keer dat Calipso hemelsbreed op 80 kilometer van Bilthoven zweeft wordt het instrument aan boord met het RIVM-instrument gelijkgezet. Dit komt in zestien dagen vier maal voor.

De RIVM-LIDAR is naast satelliethulp inzetbaar om broeikaseffecten te meten. De LIDAR in Bilthoven zendt een groen laserlicht uit met drie golflengtes van rond de 1000, 500 en 300 nanometer. Duidelijk moet worden hoe zonlicht van boven wordt weerkaatst door stof en wolken en door meer golflengtes te gebruiken simuleer je de zonnestraling beter. 'Normale' LIDARs, zoals zijn voorgangers en die op Calipso werken maar met een enkele golflengte.

Deeltjes in de atmosfeer weerkaatsen dit licht. Een telescoop vangt het weerkaatste laserlicht op. Een groep deeltjes dat 300 meter hoger zweeft weerkaatst het licht een microseconde later, en dus kan je uit de vertraging de afstand afleiden. Zo meet je dus de hoogte van de deeltjes in de atmosfeer. Deze normale weerkaatsing heet 'elastisch'.

Tegelijk meet de LIDAR in Bilthoven op elke hoogte ook de hoeveelheid waterdamp. Dit kan omdat het instrument werkt met Raman spectrometrie, een detectiemethode die archeologen ook gebruiken om metaalsoorten te herkennen in bijvoorbeeld archeologische vondsten. Een atoom waar licht op straalt, weerkaatst dit licht op zijn eigen herkenbare manier. Dit vormt een spectrum waarmee het gezochte deeltje zichzelf verraadt.

De Raman-lichtradar, een andere benaming voor de LIDAR van het RIVM, vangt dus ook de verschuiving in golflengte op die door weerkaatsing van de laserbundel met gasmoleculen in de atmosfeer optreedt. Ieder gas veroorzaakt zijn eigen specifieke verschuiving. De hoeveelheid teruggekaatst licht met die specifieke verschuiving is een maat voor de concentratie van dat gas in de atmosfeer.
Deze zogenaamde 'niet-elastische' weerkaatsing maakt maar een klein deel uit van het totaal. Ongeveer een tienmiljoenste deel van de fotonen die de laser uitzendt wordt op deze manier weerkaatst. Een gewone LIDAR meet alleen de elastische weerkaatsing.

Bron: "Broeikas in beeld" door Rypke Zeilmaker in het technologietijdschrift 'De Ingenieur' van 03-03-2006