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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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88 5 CHAMP-Okkultationsexperiment Die Einbindung der wissenschaftlichen Module in das automatische Prozessierungssystem erfolgt durch die Verwendung von Bibliotheksrufen, die eine einheitliche Schnittstelle zum Prozessierungssystem bereitstellen. Diese Rufe werden in jedes der verschiedenen wissenschaftlichen Module integriert (siehe Tab. 5.3 bis 5.13). Die Bibliothek gewährleistet somit einen standardisierten Zugriff aller Module auf die jeweiligen Eingabedaten (z.B. für das Modul ATMO die atmosphärischen Phasenwegverlängerung CH-AI-2-PD für jedes Okkultationsereignis, siehe Tab. 5.11). Weiterhin werden Konfigurationsdaten mit Steuerparametern für die Ausführung der wissenschaftlichen Module eingelesen (z.B. für ATMO Parameter für die statistische Optimierung, Kap. 3.3.4 oder Flags, mit denen entsprechende Auswerteverfahren in der unteren Troposphäre festgelegt werden können, Kap. 3.3.8). Die Prozessierungsergebnisse werden dann an das steuernde System zur weiteren Verarbeitung bzw. Archivierung übergeben (z.B. atmosphärische Vertikalprofile, CH-AI-3-ATM für das Modul METEO zur Ableitung von Feuchteprofilen, siehe Tab. 5.12 oder zur Archivierung an das ISDC). Durch weitere Bibliotheksaufrufe werden die Generierung von Metadaten sowie das Erstellen von Reports (z.B. Status- oder Fehlermeldungen) standardisiert. 5.4.3 Praxistest des Systems mit GPS/MET-Daten Das Prozessierungssystem konnte mit Daten des GPS/MET-Experiments (Kap. 2.3) vom 3. Februar 1997 getestet werden (Prime-Time 4, siehe Tab. 6.3). Durch UCAR wurde ein kompletter Datensatz von GPS-Okkultations- und Bodendaten sowie von berechneten atmosphärischen Phasenwegverlängerungen und Temperaturprofilen (UCAR- Analysedaten) zur Verfügung gestellt. Der Orbit des GPS/MET-Satelliten wurde vom GFZ berechnet [Kang et al., 1997]. Die Bahnen der GPS-Satelliten wurden vom IGS- Analysezentrum am GFZ Potsdam zur Verfügung gestellt [Gendt et al., 1999]. Die Auswertesoftware wurde mit umfangreichen Testläufen getestet und dabei schrittweise verbessert. Die Ergebnisse des Praxistests wurden mit den UCAR-Analyseresultaten verglichen. Da beide Analysezentren gleiche Auswerteprinzipien verwenden, wurden identische oder zumindest ähnliche Ergebnisse erwartet. Sowohl UCAR als auch GFZ benutzen zur Ableitung der atmosphärischen Phasenwegverlängerung eine Doppeldifferenzenmethode sowie die Näherung der geometrischen Optik für die Strahlausbreitung zwischen Sender und Empfänger, um eine Abel-Inversionstechnik anwenden zu können. Hierbei wird bemerkt, dass UCAR für die GPS-Datenprozessierung sowohl zur Generierung der Satellitenorbits als auch zur Kalibrierung der atmosphärischen Phasenwegverlängerung das kommerzielle Softwarepaket MicroCosm® verwendet [Schreiner et al., 1998; Rocken et al., 1997].

5.4 Prozessierungssystem für Okkultationsdaten Vergleich von Temperaturprofilen des GFZ und UCAR Abb. 5.11: Vergleich von GPS/MET-Profilen berechnet mit GFZ/UCAR-Prozessierungssoftware mit NCEP-Reanalyse. Links: Okkultation Nr. 62, 3. Feb. 1997; Rechts: Statistischer Vergleich von 81 GPS/MET-Profilen vom 3. Feb. 1997 (aus [Wickert et al., 2001a]). In Abb. 5.11 ist ein Ergebnis des Testlaufes der ersten Version der Prozessierungssoftware dargestellt. Die beiden Grafiken zeigen einen Vergleich von GFZ-Trockentemperaturprofilen mit den UCAR-Resultaten. Es werden Prozessierungsresultate für ein einzelnes Profil verglichen. Dabei zeigt sich eine gute Übereinstimmung über den gesamten Höhenbereich von der Nähe der Erdoberfläche bis in ca. 50 km Höhe. Vergleichend zu den GPS/MET-Trockentemperaturprofilen ist ein Temperaturprofil dargestellt, das aus der meteorologischen Reanalyse von NCEP [Kalnay et al., 1996] durch Interpolation auf Ort und Zeitpunkt der Okkultation abgeleitet wurde. Beide Okkultationsprofile zeigen eine sehr gute Übereinstimmung zu den Analysedaten. Abb. 5.11 zeigt weiterhin einen statistischer Vergleich (mittlere und Standardabweichung, TGFZ-TUCAR) von 81 Trockentemperaturprofilen (3. Februar 1997). Die Daten wurden für diesen Vergleich nicht speziell ausgewählt, alle Profile wurden verwendet, die bei der automatischen Prozessierung generiert wurden. Die Standardabweichung im Höhenintervall von 8 bis ca. 30 km ist kleiner als 1 K. Im Gegensatz zur UCAR-Datenanalyse [Rocken et al., 1997] ist in der ersten Version der GFZ-Inversionssoftware keine Methode zur Korrektur von Mehrwegeeffekten (Kap. 3.3.8) implementiert. Dies verursacht die Abweichungen von bis zu 2 K in der unteren Troposphäre. Die Temperaturunterschiede von bis zu 10 K im Höhenbereich über 40 km werden durch unterschiedliche Optimierungsprozeduren für den verrauschten Brechungswinkel über 40 km Höhe (Kap. 3.3.4) verursacht. UCAR verwendet das Verfahren von Sokolovskiy und Hunt [1996]. Die GFZ- Software benutzt das von Hocke [1997] eingeführte Verfahren. Das Ergebnis der Inversion in der oberen Atmosphäre hängt signifikant von den Wahl der Optimierungsmethode und 89

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