PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

98 8. Neutrosphärische Refraktion
der Arbeit wird jedoch aufgezeigt, dass diese Beeinflussung der zu messenden Strecke lediglich einem Anteil von ca.
0.2% (0.4%) an ∆NEU entspricht.
NEU , geom
E[ ° ]
−
( 2.072±
0.054)
[ m]
= ( 2.
256 ± 0.
0092)
e
δ (8-9)
8.1.2 Einführende Bemerkungen zur neutrosphärischen Modellbildung
δNEU,geom ist bei einigen der im weiteren Verlauf dieses Kapitels beschriebenen Modellen zur Kompensation des Einflusses
der elektrisch neutralen Atmosphäre, wie bspw. dem Erweiterten Modell von Saastamoinen (SAASTAMOINEN
1972), explizit in Form eines Korrekturterms berücksichtigt. Neuere Modelle basieren i.d.R. auf zenitalen Modellwerten,
für die δNEU,geom - eine horizontale Schichtung der Atmosphäre vorausgesetzt - verschwindet, und den in Kapitel
7.2 einführend erwähnten Mapping-Funktionen fMF, die eine Umrechnung von zenitalen Werten in beliebige
Elevationen bzw. Zenitdistanzen ermöglichen. Hierbei wird die geometrische Laufzeitverzögerung in der Mapping-
Funktion berücksichtigt. Eine einfache Mapping-Funktion ist mit 1/sinE bzw. 1/cosz gegeben. Die formale Beschreibung
der neutrosphärischen Laufzeitverzögerung unter Verwendung von Mapping-Funktionen trägt dabei der
Abhängigkeit des neutrosphärischen Einflusses von der Elevation bzw. der Länge des durch die Neutrosphäre zurückgelegten
Weges Rechnung. Wird die geometrische Laufzeitverzögerung vernachlässigt bzw. innerhalb der Mapping-
Funktion berücksichtigt, ergibt sich somit in Abhängigkeit von der Zenitdistanz
EG
Zenit −6
1
∆NEU
= f MF ( z)
∆NEU
= 10 N ∫ ( h)
dh
. (8-10)
cos z
E
Wird δNEU,geom nicht vernachlässigt, so sind prinzipiell für die beiden Anteile der geometrischen Laufzeitverzögerung
(Gleichung (8-7)) unterschiedliche Mapping-Funktionen notwendig, die vom scheinbaren bzw. wahren Elevationswinkel
E bzw. E´ abhängen. Der bzgl. der lokalen topozentrischen Horizontebene definierte Winkel des direkten, ungebrochenen
Signalstrahls wird als wahre Elevation bezeichnet. Im Gegensatz dazu ist mit der scheinbaren Elevation
der Winkel verknüpft, der durch den gebrochenen Zielstrahl gegeben ist. Siehe hierzu . Analog sind die Begriffe die
Zenitdistanzen betreffend zu verwenden.
In Kapitel 6 wurde der Aufbau und die Zusammensetzung der Neutrosphäre erläutert. Es wurde aufgezeigt, dass die
Neutrosphäre aus einem Gemisch trockener Gase und dem feuchten Wasserdampf zusammengesetzt ist (Kapitel 6.1.2).
Dies ermöglicht eine vereinfachte, zweigeteilte neutrosphärische Modellbildung, wobei der Einfluss der Neutrosphäre
in eine trockene (Index: d, engl.: dry) und eine feuchte (Index: w, engl.: wet) Komponente aufgespalten wird
(Gleichung (8-11)). Gestützt wird diese Zweiteilung der neutrosphärischen Laufzeitverzögerung durch physikalische
und meteorologische Eigenschaften der Neutrosphäre. Bspw. ist der trockene Anteil sehr stark mit dem an der Erdoberfläche
8-4 erfassten Druck p0 korreliert, da die Durchmischung der trockenen Luft als nahezu konstant erachtet werden
kann; der Wasserdampf hingegen unterliegt starken räumlichen und zeitlichen Variationen.
Basierend auf genauen p0-Werten kann unter Verwendung von im weiteren Verlauf der Arbeit beschriebenen Formeln
(z.B. DAVIS ET AL. (1985) oder ASKNE UND NORDIUS (1987)) der trockene Anteil in Zenitrichtung mit einer relativen
(absoluten) Genauigkeit von ca. 0.2% (5 mm) berechnet werden. BRUNNER (1988) beziffert die notwendige Genauigkeit
der Druckmessung mit 0.5 hPa, ELGERED (1993) mit 0.3 hPa. Im Gegensatz dazu ist die Bestimmung der feuchten
Anteile mit größeren Fehlern behaftet, da der Wasserdampfgehalt in Raum und Zeit stark variiert und ein unprädizierbares
Verhalten aufweist. Diese Eigenschaft des feuchten Anteils der neutrosphärischen Laufzeitverzögerung wird
dadurch kompensiert, dass auf den Feuchtanteil nur ein geringer Teil (maximal 10%) der gesamten neutrosphärisch
bedingten Streckenänderung entfällt. Ein solches zweigeteiltes Modell ist zudem praktikabel, da beide komplementären
Anteile physikalisch motiviert in verschiedene Funktionen in Abhängigkeit von der Höhe entwickelt werden können.
Der Wasserdampf ist lediglich in den erdnahen Atmosphärenbereichen vorhanden, wohingegen trockene Atmosphärenbestandteile
auch in höheren Schichten zu finden sind. Weiterhin ist keine beide komplementäre Komponenten gleichzeitig
erfassende, geschlossene Lösung bekannt.
∆NEU = ∆ NEU , d ∆NEU
, w + (8-11)
Hierbei wird i.d.R. davon ausgegangen, dass keine Wechselwirkung zwischen den beiden Anteilen besteht. Die beiden
Anteile verhalten sich somit wie ideale Gase. Abweichungen von dieser Idealgasannahme werden im weiteren Verlauf
der Arbeit erörtert.
8-4 Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden an der Erdoberfläche erfasste oder auf die Erdoberfläche bezogene meteorologische Größen durch den
Index 0 gekennzeichnet.