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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

104 6 Erste

104 6 Erste Ergebnisse des CHAMP-Radiookkultationsexperimentes 6.4 Statistischer Vergleich mit ECMWF-Analysen Die Unabhängigkeit der Qualität der CHAMP-Messungen vom Aktivierungsstatus des Antispoofing des GPS-Systems [Wickert et al., 2001b;c;d] lässt für den fünfjährigen Missionszeitraum (A/S aktiviert) einen umfangreichen Datensatz für die Weiterentwicklung der Radiookkultationstechnik und für Atmosphärenforschung und Wettervorhersage erwarten. Im weiteren Verlauf der Mission wird es zu einer Vielzahl von umfangreichen Validierungsstudien mit meteorologischen Analysen und Daten verschiedener globaler Fernerkundungssysteme (siehe Kap. 1) kommen. Hier wird eine erste Validierungsstudie eines größeren Datensatzes von vertikalen Profilen der Trockentemperatur mit Temperaturen durchgeführt, die aus meteorologischen Analysen (ECMWF, European Centre for Medium Range Weather Forecasts) abgeleitet werden. Zuerst werden die ECMWF-Analysen charakterisiert, dann werden Ergebnisse der Validierungsstudie dargestellt. 6.4.1 ECMWF-Daten Das ECMWF stellt operationell globale Datensätze atmosphärischer Parameter auf einem räumlichen und zeitlichen Gitter zur Verfügung. Diese Werte wurden mit dem ECMWF Datenassimilationssystem unter Einbeziehung verschiedener atmosphärischer Daten (Kap. 1) zusammen mit einem globalen Wettervorhersagemodell erstellt [ECMWF, 2001]. Die Analysen werden für die vier synoptischen Haupttermine bereitgestellt: 00, 06, 12 und 18 Uhr. Für die durchgeführten Vergleiche wurden ECMWF-Daten des Modells T511L60 verwendet. T511 bezeichnet den Grad und die Ordnung der Wellenzahl, bei der die Entwicklung der atmosphärischen Parameter nach Kugelflächenfunktionen abgebrochen wird. Eine größere Zahl für das Abschneiden bedeutet eine höhere horizontale Auflösung. L60 bezeichnet die vertikale Koordinate mit 60 Höhenstufen. Es wurden ECMWF-Daten auf ein Gitter mit 2,5×2,5 Grad Auflösung in geografischer Länge und Breite auf den 21 Standarddruckflächen des ECMWF (1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20, 10, 7, 5, 3, 2, 1 hPa) interpoliert. Das entspricht einem Höhenbereich von der Erdoberfläche bis ca. 50 km. Für den statistischen Vergleich wurden die Trockentemperaturprofile der CHAMP- Messungen in einem vertikal regelmäßigen Gitter von 0,2 km Auflösung von 5 bis 25 km Höhe bereitgestellt. Die entsprechenden Vertikalprofile der Feuchtetemperaturen aus den ECMWF-Analysen wurden durch lineare Interpolation zwischen den zeitlich und räumlich nächsten Gitterpunkten ermittelt. Dabei wurden vor der Interpolation in der Vertikalen auf das Vergleichsraster die geopotentiellen Höhen der Analysen mit der Schwerefeldinformation aus dem MSISE-90-Atmosphärenmodell in geometrische Höhen umgewandelt, um auf das Höhenraster der CHAMP-Temperaturprofile interpolieren zu können. Auf jedem Höhenniveau des Vergleichsrasters wurde für die jeweils korrespondierenden Vertikalprofile die Differenz (Ttrocken(CHAMP)-TECMWF) gebildet. Die mittlere Differenz x und die Standardabweichung σ x der mittleren Differenzen wurde für den gesamten

6.4 Statistischer Vergleich mit ECMWF-Analysen Datensatz der N korrespondierenden Profile für die jeweiligen Höhen unter Verwendung von: und: x ermittelt. N ∑ i= = 1 N x i N ∑ N −1) i= 1 105 (6.1) 1 2 σ x = ( xi − x) (6.2) ( 6.4.2 Statistischer Vergleich von Trockentemperaturprofilen Für den Vergleich wurde ein Satz von 438 Trockentemperaturprofilen, gemessen in der Periode vom 19. – 21. April 2001 (Abb. 6.3), mit korrespondierenden Temperaturprofilen der ECMWF-Analysen im Höhenintervall zwischen 5 und 25 km verglichen. Die Okkultationen wurden entsprechend ihrer geografischen Breitenlage in drei Teildatensätze unterteilt: hohe Breiten auf der Nordhalbkugel (>30°Nord), niedrige Breiten (30°Süd) und hohe Breiten auf der Südhalbkugel (

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