PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

102 8. Neutrosphärische Refraktion
Der von ROCKEN ET AL. (1991) durchgeführte Vergleich von Messungen und Analysen verschiedener Wasserdampfradiometer
erbrachte Abweichungen für die abgeleitete zenitale feuchte neutrosphärische Laufzeitverzögerung
von 1-3 cm (äußere Genauigkeit), wobei die inneren Genauigkeitsangaben dieser Geräte bei wenigen Millimetern
liegen. BRUNNER UND WELSCH (1993) geben ebenfalls Genauigkeiten von wenigen Zentimetern an. Um zu einer
signifikanten Verbesserung von GPS-Auswerteergebnissen beitragen zu können, sind bspw. nach DIXON UND
KORNREICH WOLF (1989) Genauigkeiten von mindestens 5 mm für
∆ , notwendig.
Eine Umrechnung in diskrete Zenitdistanzen erfolgt über Mapping-Funktionen. BRAUN ET AL. (2001) belegen, dass
diese Funktionen bei Wasserdampfradiometermessungen im Gegensatz zu GPS-Beobachtungen von untergeordneter
Bedeutung sind, da Wasserdampfradiometer einen Ausschnitt von mehreren Grad (Keulenbreite) gleichzeitig abtasten.
Weiterführende Informationen zum Sensor Wasserdampfradiometer können bspw. in CLAFLIN ET AL. (1978), WU
(1979), ELGERED (1993) oder POTTIAUX UND WARNANT (2002) gefunden werden.
Es sind verschiedene Literaturstellen bekannt, die den Nachweis führen, dass durch die Berücksichtigung von Wasserdampfradiometerbeobachtungen
im Rahmen von GPS-Auswertungen bessere Ergebnisse resultieren. Bspw. weisen
BÜRKI UND KAHLE (1995) oder ALBER ET AL. (1997) für z.B. große Höhenunterschiede nach, dass das Verwenden von
Wasserdampfradiometerbeobachtungen deutlich bessere Ergebnisse (Faktor 2) liefert als mit Standardauswertestrategien
erzielt werden können. Diese These wird auch von WARE ET AL. (2000) für eine 43 km lange Basislinie eindrucksvoll
bestätigt, welche durch das Integrieren von Wasserdampfradiometermessungen eine um den Faktor 5 bessere
Genauigkeit der Höhenkomponente erzielen konnten. Gleichzeitig waren geringfügige Verbesserungen der Lagekomponenten
festzustellen.
8.2.1.3 Radiosondierung
Radiosonden sind von einem Ballon getragene meteorologische Sensoren, die i.d.R. von der Erdoberfläche aus gestartet
werden. Radiosondierungen weisen somit hinsichtlich der horizontalen räumlichen Auflösung die o.g. Nachteile
terrestrischer meteorologischer Sensoren auf. Radiosonden steigen bis in eine Höhe von maximal 35 km. I.Allg. werden
während des Aufstiegs neben aus Taupunktmessungen 8-10 abgeleiteten Profilen der relativen Luftfeuchte Profile von
Temperatur und Druck in Abhängigkeit von der Steiggeschwindigkeit bestimmt. Die vertikale Auflösung wird in
LEITERER ET AL. (1997) mit 10 s bzw. 50-60 m angegeben. Somit durchläuft eine Radiosonde in ca. 15 Minuten die
Bereiche der Erdatmosphäre, die den Hauptteil des Wassers beinhalten (KLEIN BALTINK ET AL. 2002). Radiosondierungen
besitzen somit eine gute vertikale räumliche Auflösung. Low-cost GPS-Empfänger oder bodengestützte
Zielverfolgungsbeobachtungen werden verwendet, um die Position der Sonden zu bestimmen. Obwohl die Sonde nicht
exakt vertikal über der Startposition aufsteigt, kann dies nach BADC (2002) ohne signifikante Genauigkeitseinbußen
vernachlässigt werden. Mittels Funk werden die gesammelten Messwerte an eine Bodenstation gesendet. Aus den
horizontalen Veränderung der Position können Informationen hinsichtlich atmosphärischen Winden abgeleitet werden.
Die Aufsteige erfolgen zu diskreten Zeitpunkten (z.B. ein, zwei oder vier Mal pro Tag) und dauern ca. 2 h an. Der Einsatz
dieser Geräte ist sehr kostenintensiv. Die Kosten pro Aufstieg belaufen sich auf ca. 300 €. Radiosondierungen
gelten als das beste operationelle Verfahren zur Beobachtung der Feuchtigkeit der oberen Lufthülle. Deshalb besitzen
sie ein großes Potential zur Validierung anderer Sensoren und zur Nutzung als meteorologische Informationsquelle für
GPS-Auswertungen. Im Gegensatz zum schon früh erkannten Potential von Wasserdampfradiometermessungen ist nach
GÖRRES (1996) für Radiosondierungen der Erdatmosphäre und dem Einführen dieser meteorologischen Beobachtungen
in GPS-Auswertungen eine Verbesserung erst später nachgewiesen worden. EMARDSON ET AL. (1998) geben erzielbare
relative Genauigkeiten der Luftfeuchte mit besser als 3% an, GENDT UND BEUTLER (1995) hingegen sind Genauigkeiten
von ca. 3.5%, bessere Genauigkeitsangaben (2%) LEITERER ET AL. (1997) zu entnehmen. Die erzielbaren absoluten
Genauigkeiten für Temperatur bzw. Druck liegen im Bereich von ca. 0.2° C bzw. 0.5 hPa.
Im Falle der Verwendung von Radiosonden-basierten Werten müssen alters- und feuchteabhängige systematische
Fehler v.a. bei der Bestimmung der relativen Feuchte rh (für rh ≤ 20%) beachtet werden (WESTWATER ET AL. 1989).
Zur Evaluierung der Güte der Feuchtebestimmung wurden Radiosonden verschiedener Hersteller im Rahmen einer
WMO 8-11 -Studie vergleichend untersucht (DA SILVERIA ET AL. 2003). Für die wichtige Kenngröße rh wurden dabei
i.d.R. für die ersten 600 s des Aufstiegs systematische Unterschiede von weniger als 2% festgestellt. Die zugehörigen
Genauigkeiten werden mit 3-5% angegeben. Mit zunehmender Höhe wird der systematische Anteil kleiner, die
Genauigkeiten nehmen jedoch stetig schlechter (600-1600 s: ca. 5%; ab 1600 s: ca. 8%). Bei einem untersuchten Gerät
8-10 Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der der Wasserdampfdruck gleich dem Sättigungsdampfdruck ist (KRAUS 2001), siehe hierzu Kapitel 8.3.1.
8-11 World Meteorological Organization
Zenit
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