PDF-Download - Deutsche Geodätische Kommission

8.2 Meteorologische Sensoren und Modelle 103
(MKII) wurden deutlich höhere und damit schlechtere Werte v.a. in den unteren Atmosphärenbereichen bestimmt (bis
600 s: ca. 7% ± 9%; 600-1600 s: ca. -3% ± 13%; ab 1600 s: ca. 2% ± 13%). Die systematischen Fehler gegenüber
alternativen meteorologischen Sensoren synoptischer Stationen und hochauflösenden Wettermodellen (siehe Kapitel
8.2.2) bewegen sich für erdnahe Bereiche zwischen -9.7% und 3.3%. Die zugehörigen Genauigkeiten sind vergleichbar
mit den o.g. Genauigkeitsangaben. In höheren Atmosphärenbereichen werden teilweise deutlich größere Systematiken
detektiert (+28%), ebenso ist ein Anstieg der korrespondierenden Genauigkeiten festzustellen (Maximum ≈ 37%). Die
Temperatur kann deutlich genauer bestimmt werden. Für den troposphärischen Bereich betragen die Differenzen unabhängig
von der Tageszeit ±0.5° C. In der Stratosphäre kann ein signifikant unterschiedliches Verhalten zwischen Tag
und Nacht festgestellt werden. Die Genauigkeiten, mit der Temperaturen höherer atmosphärischer Schichten ermittelt
werden können, liegt i.d.R. bei ca. 1-1.5° C. Die Genauigkeit der Druckbestimmung hängt sowohl vom eingesetzten
GPS-Sensor als auch von der zu Grunde liegenden Software ab, da Höhen aus GPS-Code-Beobachtungen abgeleitet
werden. Die resultierenden Genauigkeiten werden mit 6 m bei 900 hPa bzw. 20 m bei 20 hPa angegeben.
8.2.1.4 Weitere terrestrische Sensoren
Neben den o.g. terrestrischen Sensoren sollen hier der Vollständigkeit halber ausgewählte weitere Sensoren angeführt
werden, die eine Erfassung von meteorologischen Parametern von der Erdoberfläche aus, ermöglichen.
Unter Verwendung des modernen, aktiven Fernerkundungssystems LIDAR (Light Detection and Ranging) können
hochauflösende Profile über mehrere Höhenkilometer ermittelt werden. Hierbei werden von einer Bodenstation mehrere
kurze hochenergetische Pulse in die Atmosphäre gesendet und der Anteil, der von den in der atmosphärischen Hülle
enthaltenen Wasserpartikeln reflektiert wird, mittels Photodetektoren beobachtet. Durch Analyse der Intensität können
Rückschlüsse auf den Wasserdampfgehalt gezogen werden. Die verschiedenen bekannten Lidar-Systeme unterscheiden
sich sowohl im verwendeten Teleskopsystem zur Aufnahme des zurückgestrahlten Lichts als auch im Photodetektor
sowie in den Eigenschaften der ausgesandten Signale. Es können Mie- 8-12 , Raman- 8-13 und Rayleigh-Lidar- 8-14 Systeme
unterschieden werden. Das Ausführen einer zuverlässigen Lidarbeobachtung dauert ca. 45 Minuten, somit ist das aus
Lidarmessungen abgeleitete Ergebnis zeitlich geglättet. Einschränkungen für die Datenqualität bestehen in niedrigen
Elevationen (E < 30°) sowie durch die Anwesenheit von Wolken, Nebel oder Regen, welche die Qualität der
Messungen stark negativ beeinflussen. TARNIEWICZ ET AL. (2001) verwenden Raman-Lidar um die Laufzeitverzögerung
der elektrisch neutralen Atmosphäre während Nachtzeiten direkt in Richtung der Satelliten mit Submillimetergenauigkeit
zu beobachten. Die mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen arbeitenden DIAL 8-15 -Instrumente
zeigen teilweise eine etwas bessere Genauigkeit als die RAMAN-Lidar-Geräte. Um mit LIDAR-Geräten Submillimetergenauigkeit
erreichen zu können, werden jedoch Kalibrierungen durch unabhängige Sensoren (z.B. Radiosonden,
Wasserdampfradiometer, GPS) benötigt. Solange keine besseren und v.a. unabhängigen Methoden zur Kalibrierung
entwickelt werden, kann das Potential dieser Geräte für die GPS-Methodenforschung nicht vollständig genutzt werden.
Sonnenphoto- 8-16 bzw. -spektrometer 8-17 , auch Präzisionsfilterradiometer genannt, bestimmen den Wasserdampf der
Atmosphäre, indem die Absorption der Sonnenstrahlung bzw. Wassermoleküle im solaren und nahen infraroten Band
(1.08 MHz) gemessen wird. KING UND BLEWITT (1990) sowie DIXON UND KORNREICH WOLF (1989) bezeichnen die
Genauigkeit, mit der basierend auf Solarhygrometer-Beobachtungen die neutrosphärische Laufzeitverzögerung bestimmt
werden kann, als nicht ausreichend, um zu einer signifikanten Verbesserung von GPS-Auswertungen beitragen
zu können. Grundvoraussetzung für den Einsatz dieser genaue Werte liefernden, Ende der Siebziger Jahre entwickelten
Geräte ist somit die Möglichkeit Strahlung der Sonne zu empfangen, was bspw. in den Nachtstunden oder bei starker
Bewölkung nicht gegeben ist. Siehe hierzu auch GREVE (1978).
8.2.1.5 Nicht-terrestrische Sensoren
Neben terrestrischen Sensoren können zur Ermittlung des meteorologischen Zustands der Erdatmosphäre weiterhin
flugzeuggetragen oder satellitengestützt meteorologische Parameter erfasst werden.
8-12
Elastische Rückstrahlung (gleiche Frequenz bei ausgesandtem und empfangenem Signal) von Aerosolen
8-13
Elastische Rückstrahlung (gleiche Frequenz bei ausgesandtem und empfangenem Signal) von Molekülen; relative Genauigkeit des
Wasserdampfpartialdrucks nach GOLDSMITH ET AL. (1998) ca. 2-5%, was einer Submillimetergenauigkeit für die feuchte, neutrosphärische
Laufzeitverzögerung entspricht.
8-14
Inelastische Rückstrahlung (unterschiedliche Frequenzen von ausgesandtem und empfangenem Signal) von Molekülen
8-15
Differenzielles Absorptionslidar
8-16
Engl.: infrared solar hygrometer; relative rh-Genauigkeit ≈ 10% (REAGAN ET AL. 1992)
8-17
Nach SIERK ET AL. (1997) kann hiermit die Laufzeitverzögerung der elektrisch neutralen Atmosphäre mit einer Genauigkeit von ca. 5 mm
bestimmt werden.