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Deutsche IMS-Station: Infraschallstation I26DE (IS26)

Karte mit I26DE und GERESLage der Station I26DE im Bayerischen Wald nordöstlich von Passau. Am gleichen Ort wird auch die seismische Messanlage GERES betrieben Quelle: BGR

I26DE ist eine von 60 Infraschallstationen des weltweiten Stationsnetzes zur Überwachung des CTBT. Die Messdaten werden kontinuierlich mit wenigen Sekunden Zeitverzögerung an das IDC der CTBTO nach Wien sowie an das deutsche NDC nach Hannover übertragen. Der Stationscode I26DE wurde aus dem in der Nomenklatur dieses Vertrages festgelegten Name IS26 unter Hinzufügung eines Länderkürzels gebildet.

Gemessen werden an dieser Station Druckwellen unterhalb des hörbaren Frequenzbereiches, die durch Explosionen sowie andere natürliche und künstliche Phänomene in der Atmosphäre entstehen und sich über große Entfernungen ausbreiten können.

Standort:

48.85° nördlicher Breite
13.72° östlicher Länge
1058 - 1172 m über NN

I26DE wurde bei der Ortschaft Haidmühle nahe dem Dreiländereck Deutschland - Österreich - Tschechien errichtet. Sie befindet sich gemeinsam mit der seismischen IMS-Station GERES im dicht bewaldeten Gebiet rund um den Sulzberg. Die Nutzung der vorhandenen Infrastruktur sowie die Abgeschiedenheit von Industrie und Gewerbe haben die Wahl dieses Standortes unterstützt.

Foto des Gebäudes auf dem Sulzberg, welches alle zentralen technischen Einrichtungen der  Datenerfassung und der Kommunikation beherbergtDas Gebäude auf dem Sulzberg beherbergt alle zentralen technischen Einrichtungen der Datenerfassung und der Kommunikation. Quelle: BGR

Konfiguration:

Konfiguration

Die nebenstehende Abbildung zeigt die Konfiguration von I26DE. Die Station besteht aus acht einzelnen Messstellen (H1 - H8, blaue Kreise), die an den Eckpunkten eines kleineren Dreiecks und eines größeren Vierecks um einen zentralen Punkt angeordnet sind. Die Ausdehnung in Ost-West- und Nord-Süd-Richtung beträgt etwa 2.5 bzw. 1.5 km. Die roten Punkte zeigen die 25 Standorte der seismischen Station GERES.

Meilensteine:
Dezember 1997Standortuntersuchung - Erste Infraschallregistrierungen in diesem Gebiet dienen der Auswahl geeigneter Standorte hinsichtlich des Hintergrundrauschens.
03. Oktober 2000Inbetriebnahme - In Anwesenheit des Exekutivsekretärs der CTBTO wird die Station I26DE als erste neu errichtete IMS-Infraschallstation feierlich ihrer Bestimmung übergeben.
10. April 2001Zertifizierung - Die CTBTO bestätigt nach umfassender Überprüfung der Zuverlässigkeit und der Datenqualität, dass I26DE alle Anforderungen einer IMS-Station erfüllt. I26DE ist die erste zertifizierte Station des IMS-Infraschallnetzes.
11. Oktober 2001Integration der Station in den Routinebetrieb des IDC der CTBTO.
15.12.2014Revalidierung - Zum Abschluss der Erweiterung des Infraschallarrays von fünf auf acht Messstellen übernimmt die CTBTO die vollständigen Daten von IS26 auch in die Routineauswertung des IDC.

Design der Messanordnung:

Die Wahl der fünf Messstellen orientiert sich an der Topographie, da freie Sicht oberhalb von 20° über den Horizont Voraussetzung für jeden Standort ist. Durch synchrone Zusammenführung der registrierten Daten der einzelnen Messstellen wirkt die Messanlage als Infraschallantenne. In diesem Fall spricht man von einem Array, das zur Peilung kohärenter Signalenergie benutzt werden kann. Gleichzeitig wird bei einem Array das Signal-Störverhältnis verbessert. Ein Maß für die Güte der Peilung ist die Array-Antwortfunktion, die für ein fünf-elementiges Array nicht optimal ist. Lediglich bis zu einer Frequenz von 0.3 Hz ist die Richtungs- und Geschwindigkeitsbestimmung eindeutig. Daher ist geplant, das Array um drei weitere Messstellen (H6, H7 und H8) im zentralen Bereich zu erweitern, um das Peilungsvermögen zu verbessern.

MessanordnungAnordnung der acht Elemente der Infraschallstation I26DE Quelle: BGR

8-elementige Array-AntwortfunktionArray-Antwortfunktion des 8-elementigen Arrays Quelle: BGR

Instrumentierung:

Bei der Registrierung des Infraschalls stellen Bäume kein Hindernis dar, denn die interessierenden Signale mit Wellenlängen von 100 m bis zu 6 km werden dadurch nicht beeinträchtigt. Vielmehr reduziert der dichte Wald wirkungsvoll das durch den Wind erzeugte Hintergrundrauschen. Zusätzlich bildet die flächenhafte Verteilung von Lufteinlässen in einem verbundenen Rohrsystem einen räumlichen Filter zur Verbesserung des Signal-Störverhältnisses. An den Messstellen von I26DE besteht dieser Filter aus vier Rosetten mit jeweils 24 Einlässen. Durch die Summation des Luftdrucks auf einer Fläche von etwa 215 qm werden die störenden Luftturbulenzen weitestgehend minimiert. Somit ist I26DE dank der Vegetation und in Verbindung mit dem räumlichen Filter eine der ruhigsten Stationen des gesamten IMS-Infraschallnetzes.

MessschachtQuerschnitt durch einen Messschacht skizziert, in dem die elektronischen Geräte installiert sind Quelle: BGR

Blick auf ein Infraschall-Array-ElementBlick auf ein Infraschall-Array-Element mit einer Rosette des räumlichen Filters im Vordergrund und dem geöffneten Messschacht im Hintergrund Quelle: BGR

Schematischer Aufbau des räumlichen Filters zur Rauschunterdrückung mit seinen vier über Kreuz angeordneten Rosetten Schematischer Aufbau des räumlichen Filters zur Rauschunterdrückung mit seinen vier über Kreuz angeordneten Rosetten Quelle: BGR

Mikrobarometer

Durch das Rohrsystem des räumlichen Filters gelangen atmosphärische Luftdruckvariationen zu dem Sensor, einem Mikrobarometer des Typs MB2000 (s. Abb. links). Mit diesem Instrument werden differentielle Luftdruckschwankungen von etwa 1 mPa aufgelöst. Nach der barometrischen Höhenformel, die einen exponentiellen Abfall des Luftdrucks mit der Höhe beschreibt, entspricht dieser Wert einem Höhenunterschied von 1/13 mm, also weniger als die Dicke eines Papierblattes.

Statistik - Registrierte Signale:

Im Frequenzbereich von 0.05 bis 4 Hz, der für die Verifikation des CTBT relevant ist, können an der Station I26DE im Wesentlichen zwei Typen von Infraschallsignalen unterschieden werden. Zum einen sind dies die nahezu monochromatischen 'microbaroms' mit einer Periode von 5 s, die von atlantischen Tiefdruckgebieten erzeugt werden und sich im stratosphärischen Wellenleiter über tausende von Kilometern ausbreiten. Zum anderen werden transiente Signale mit Frequenzen von 1 bis 4 Hz unterschiedlicher natürlicher und künstlicher Quellen registriert. Hierzu zählen vor allem Gewitter, Vulkane (z.B. Ätna, Italien und Grimsvötn, Island) und Meteoriten (z.B. am 6.4.2002 über Neuschwanstein) sowie Steinbruchsprengungen und Überschallsignale von Düsenflugzeugen (z.B Concorde und militärische Kampfjets).

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen Polarhistogramme mit einem scheinbaren Geschwindigkeitsbereich von 280 bis 420 m/s und farbkodierter Häufigkeit der Infraschalldetektionen.

Polarhistogrammen [0.05 bis 0.7 Hz]Polarhistogramm für den Frequenzbereich von 0.05 bis 0.7 Hz, der von Schallsignalen, erzeugt von nordatlantischen Tiefdruckgebieten, dominiert wird Quelle: BGR

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