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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

108 6 Erste

108 6 Erste Ergebnisse des CHAMP-Radiookkultationsexperimentes Empfängers in der unteren Troposphäre zurückgeführt. Er wurde auch bei der Analyse der GPS/MET-Daten festgestellt. Rocken et al. [1997] beobachteten dabei einen signifikanten Refraktivitätsbias nur in einem Teil der Profile. Im weiteren Verlauf des CHAMP- Experiments wird dieser Bias detaillierter untersucht werden. Dabei muß auch geklärt werden, ob die Datenanalyse der Okkultationsdaten in der unteren Troposphäre diesen Bias beeinflusst (z.B. Anwendung wellenoptischer Verfahren, siehe Kap. 3.3.8 oder auch die unvollständige Eliminierung von Phasensprüngen in den Messdaten, siehe Kap. 3.1.4 oder auch [Hajj et al., 2002]). Hier kann nur ein Teilaspekt dieser Problematik behandelt werden. Zur Berechnung der Refraktivitätsprofile (Abb. 6.12) wurden die am Ende der Okkultation mit dem Flywheeling-Flag (siehe Kap. 6.6) gekennzeichneten Daten nicht verwendet. Allerdings kann es auch vor dem Okkultationsende zu einer zeitweisen Aktivierung von Flywheeling kommen. In einem zweiten Prozessierungsdurchgang wurden daher alle Okkultationsdaten, die nach dem ersten Auftreten von Flywheeling aufgezeichnet wurden, von der Prozessierung ausgenommen. In Abb. 6.13 sind die resultierenden Refraktivitätsprofile mit ECMWF-Analysen (siehe Kap. 6.4) verglichen. Der Vergleich liefert nahezu identische Ergebnisse wie in Abb. 6.12 dargestellt. Allerdings ist die Anzahl der Profile, die den unteren Bereich der Troposphäre erreichen, deutlich geringer. Der Refraktivitätsbias bleibt nahezu unverändert und kann somit nicht allein auf die Aktivierung des Flywheeling- Modes zurückgeführt werden. 6.5 Globales Wasserdampfmonitoring mit CHAMP Zu jedem Vertikalprofil atmosphärischen Parameter (abgeleitet unter Annahme trockener Luft) wird unter Verwendung von Temperaturinformation aus meteorologischen Analysen ein Vertikalprofil der spezifischen Feuchte (CH-AI-3-WVP, Kap. 5.5) bereitgestellt. Der verwendete Algorithmus (Kap. 3.3.6) ist jedoch gegenüber Temperaturfehlern der Abb. 6.14: Vertikalprofile der Trockentemperatur (links) und der spezifischen Feuchte (rechts), abgeleitet aus einer CHAMP-Okkultationsmessung im Vergleich mit meteorologischen Analysen von ECMWF und NCEP (Okkultation Nr. 5; 11.02.2001; 0,5°W, 53,2°S; 19:43 UTC, aus [Wickert et al., 2001b]).

6.5 Globales Wasserdampfmonitoring mit CHAMP meteorologischen Analysen sehr empfindlich, was zu beträchtlichen Fehlern in den abgeleiteten Feuchteprofilen führen kann. Dabei treten vor allem in mittleren und hohen Breiten relative Fehler von mehr als 50% auf, verursacht allein durch die Verwendung von Temperaturinformation unterschiedlicher Analysen (z.B. ECMWF oder NCEP) [Marquardt et al., 2001]. In der Mehrzahl der Fälle liefert diese Methode bei der Analyse der CHAMP-Daten allerdings gute Resultate. Für zukünftige Versionen der CHAMP- Prozessierungssoftware ist die Verwendung von 1D-Variationsverfahren vorgesehen (z.B. [Healy und Eyre, 2000], siehe auch Kap. 3.3.6). Mit diesen Verfahren kann der Fehler in der Ableitung des Temperatur- und Feuchteprofiles in statistisch optimaler Weise verringert werden. Ein Beispiel für eine gute Übereinstimmung zwischen Messung und Analysen ist in Abb. 6.14 dargestellt. Das Trockentemperaturprofil erreicht die Erdoberfläche und weist im Bereich über 5 km Höhe eine gute Übereinstimmung mit beiden meteorologischen Analysen (ECMWF und NCEP) auf. In einer Höhe von 8 km wird die Tropopause von den Daten klar aufgelöst. Unterhalb von 5 km führt die signifikante Anwesenheit von Wasserdampf zu einer Abweichung zwischen Messung und Analysen, die Trockentemperatur wird signifikant kälter als die „feuchte“ Analysentemperatur. Diese Abweichung zwischen Analyse- und CHAMP-Trockentemperatur ist zugleich ein Maß für die Menge des in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfes. Das zugehörige, mit ECMWF-Daten abgeleitete Wasserdampfprofil (Abb. 6.14) weist oberhalb der maritimen Grenzschicht (ca. 1,5 km) ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit den Analysedaten auf. Abb. 6.15: Mittlere globale Verteilung der spezifischen Feuchte (500 hPa) zwischen dem 14.05. und 10.06.2001; Links: abgeleitet aus 3.030 CHAMP-Okkultationsmessungen; Rechts: aus korrespondierenden ECMWF-Feuchteprofilen (aus [Marquardt, 2002]). Aus einer genügend großen Anzahl von CHAMP-Messungen können globale Verteilungen des atmosphärischen Wasserdampfes abgeleitet werden. Abb. 6.15 zeigt dafür als Beispiel die mittlere globale Verteilung der spezifischen Feuchte auf der Standarddruckfläche 500 hPa (ca. 5 km Höhe) im Zeitraum vom 14. Mai bis 10. Juni 2001. Für die Darstellung wurden insgesamt 3.030 CHAMP-Okkultationsmessungen verwendet. Zum Vergleich ist die entsprechende globale Verteilung aus ECMWF-Analysedaten dargestellt. Hierfür wurden Feuchteprofile verwendet, die in Zeit und Ort mit den CHAMP-Messungen korrespondieren. Abb. 6.15 zeigt, dass die tropische Wasserdampfverteilung, speziell die Gesamtstruktur der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) durch die Okkultationsmessungen gut wiedergegeben wird. Die tropischen Konvergenzzentren über Südamerika, Afrika und Indonesien 109

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