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114 8. Neutrosphärische Refraktion
wendung von Gleichung (8-25) berechnet werden. Hierzu wird Gleichung (8-6) unter Vernachlässigung von δNEU,geom
mittels einer Summation über eine diskrete Anzahl n von vertikalen Stützstellen angenähert, es gilt
n
N i + N i
∆NEU ≈ ∑ ∆si
−1
−6
+ 1
10 . (8-26)
2
i=
0
Die zenitale neutrosphärische Laufzeitverzögerung kann unter Verwendung von
berechnet werden.
n−1
n−1
N i + N i+
1
−6
N i + N i+
1
∑ ∆H
* i = 10 ∑ ( H * i −H
i )
(8-27)
Zenit −6
∆ NEU ≈ 10 + 1 *
2
2
i=
0
i=
0
Bisher wurden lediglich die komplementären Hauptkomponenten des gesamten atmosphärischen Drucks pd und e
explizit angeführt. Die trockene Komponente subsummiert alle gasförmigen, nicht feuchten Bestandteile der Erdatmosphäre.
Sie stellt somit ein Gemisch idealer Gase dar, wohingegen die feuchte Komponente dem Wasserdampf entspricht
und damit lediglich von einem idealen Gas abhängt. Der Druck der trockenen Komponente beinhaltet somit u.a.
den Partialdruck des Kohlendioxids pCO2. Der CO2-Partialdruck wird in den im Folgenden beschriebenen Modellen
unterschiedlich gehandhabt. Prinzipiell können neben der Vernachlässigung zwei Varianten unterschieden werden.
Einerseits kann pCO2 als ergänzender Term in Gleichung (8-25) in Abhängigkeit vom Kehrwert der Temperatur und
einer weiteren empirisch bestimmten Konstanten k4 mitgeführt werden, andererseits kann der CO2-Einfluss rechnerisch
im k1-Term berücksichtigt werden. Der Anteil dieses Partialdrucks beträgt für einen mittleren atmosphärischen CO2-
Gehalt (0.03%) und mittlere meteorologische Bedingungen (z.B. p = 986 hPa) der Antarktischen Halbinsel (Antarktischer
Sommer) ca. 0.3 hPa. BIRCH UND DOWNS (1989) erwähnen maximale Werte von ca. 0.12%. Extreme CO2-
Beiträge zur Gaskonzentration werden in unmittelbarer Nähe von Vulkanen erreicht und mit nahezu 30% angegeben
(SMITHSONIAN 2003). Beachtenswert ist hierbei auch die Erhöhung des CO2-Anteils während der Nacht.
Der CO2-Gehalt ist weltweit ansteigend und in dicht besiedelten oder industriereichenden Gebieten deutlich erhöht.
Dieser Tatsache trägt die IAG RESOLUTION (1999) Rechnung, welche die Zusammensetzung der Atmosphäre
aktualisiert und den mittleren CO2-Gehalt mit 0.0375% angibt.
Für südpolare Klimabereiche ist i.Allg. nicht von extremen Auswirkungen des Kohlendioxids auszugehen, da nach
RIEDEL (2001) eine herausragende Eigenschaft der antarktischen Atmosphäre deren Reinheit ist. Weiterhin ist die
Schadstoffbelastung der Südhemisphäre deutlich geringer als die der nördlichen Hemisphäre. Deshalb wird auf eine
eingehendere Diskussion verzichtet. Dieses Vorgehen wird mit der Tatsache begründet, dass aus einer
Vernachlässigung des CO2-Anteils lediglich ein relativer Fehler von 0.02% resultiert (BEAN UND DUTTON 1966), wobei
die im Folgenden beschriebenen Modelle das Brechnungsverhalten der Neutrosphäre lediglich im relativen
Genauigkeitsbereich von 0.5% bestimmen.
Soll der Einfluss des kondensierten Wassers (z.B. Wolken) berücksichtigt werden, dann muss Gleichung (8-25) um
einen Korrekturterm W in der Einheit [g/m³] ergänzt werden. Es gilt in diesem Fall
pd
e e
N = k1
+ k2
+ k3
+ 1.
4W
. (8-28)
T T T ²
Da dieser Einfluss, wie in Kapitel 8.1.2 ausgeführt, sehr gering ist, wird er im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht
explizit berücksichtigt.
Da zur Berechnung der neutrosphärischen Laufzeitverzögerung unter Verwendung von Gleichung (8-25) Informationen
bzgl. des Verhaltens der meteorologischen Parameter innerhalb der Erdatmosphäre vorliegen müssen, können diese von
drei Termen abhängigen Modelle genähert basierend auf der mittleren atmosphärischen Temperatur Tm in 2-Term-
Modelle überführt werden. Die mittlere atmosphärische Temperatur entlang des Signalwegs ergibt sich mittels
EG
e
ds
∫ T
E
Tm = EG
(8-29)
e
ds
∫ 2
T
E
und kann für vertikale aufgelöste meteorologische Beobachtungen genähert in