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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

110 6 Erste

110 6 Erste Ergebnisse des CHAMP-Radiookkultationsexperimentes werden gut erfasst. Auch kleinskalige Strukturen, verursacht durch synoptische Transportprozesse, werden gut aufgelöst wiedergegeben. Die Abweichungen in den feuchten Gebieten der ITCZ (CHAMP-Daten sind ca. 1 bis 1,5 g/kg feuchter als die Analyse) und den Absinkzonen (CHAMP-Daten trockener um 1 bis 1,5 g/kg) können mit bekannten Fehlerstrukturen der meteorologischen Analysen erklärt werden, was bereits bei der Auswertung der GPS/MET-Daten festgestellt wurde [Marquardt et al., 2001]. Bei der Ableitung der spezifischen Feuchte treten in recht hoher Prozentzahl unphysikalische Wasserdampfwerte auf. Die 3.030 Messungen zur Berechnung der globalen Wasserdampfkarte (Abb. 6.15) sind nur 67% der gesamten, in diesem Zeitraum analysierten 4.514 Messungen. In 10% der Fälle (453) traten negative Wasserdampfwerte auf, 13% der Wasserdampfwerte (594) wiesen Übersättigung von 120% über Wasser auf. Weiterhin erreichten 2% der Profile (70) nicht das 500 hPa Druckniveau, 8% der Messungen erfüllten das Qualitätskriterium nicht (Abweichungen der abgeleiteten Temperaturen von >15 K im Höhenbereich bis 30 km). Nahezu alle Profile mit auftretender Übersättigung befinden sich dabei in hohen Breiten (>60°Nord oder >60°Süd). Die Mehrzahl der Profile mit negativen Wasserdampfwerten wurde auf der Südhemisphäre beobachtet. Neben der Anfälligkeit der verwendeten Methode zur Wasserdampfableitung gegenüber fehlerhaften Analysetemperaturen [Marquardt et al., 2001] können auch nichtkorrigierte Mehrwegeffekte bei der Ableitung der Refraktivität sowie technische Probleme bei der GPS-Signalverfolgung in der unteren Troposphäre (Kap. 3.3.8 und 6.6) die Ursache für das Auftreten nichtphysikalischer Feuchtewerte sein. 6.6 Untere Grenze der Vertikalprofile Von großer Bedeutung für die Meteorologie ist die Datenbereitstellung in der unteren Troposphäre, da sich hier der Großteil des Wettergeschehens abspielt. Nur ein geringer Prozentsatz der GPS/MET-Okkultationen erreichte den ersten Kilometer über der Erdoberfläche. Während der Prime-Time 3 (Oktober 1995, Tab. 6.3) erreichten nur ca. 10% der Vertikalprofile die Erdoberfläche [Rocken et al., 2000]. Während der Prime-Time 2 (Juni/Juli 1995, Tab. 6.3) war dieser Anteil jedoch deutlich größer (45%). Dieser Unterschied wird auf die Verwendung verschiedener Empfängersoftwarevarianten zur Abb. 6.16: Verhalten des L1-Okkultationssignals [Vorwärtsdifferenz (VDIFF) und SNR] in der unteren Troposphäre. Links: Okkultation Nr. 1, 23.02.2001; Rechts: Okkultation Nr. 1, 06.04.2001. Die Perioden mit aktiviertem Flywheeling sind mit einem Flag (FW_Flag: schwarz) gekennzeichnet.

6.6 Untere Grenze der Vertikalprofile Signalverfolgung in der unter Troposphäre zurückgeführt. Kursinski [2000] bezeichnet diese Modifikation als Flywheeling-Technik. Dieses Verfahren versetzt den Empfänger in die Lage, kurzzeitige Signalverluste zu überbrücken, welche durch starke vertikale Refraktivitätsgradienten in der unteren Troposphäre verursacht werden. Wird das Flywheeling entsprechend lange aktiviert, erreicht das Signal die Erdoberfläche. Die Aktivierung des Flywheeling-Verfahrens wird von der Größe der SNR des L1-Signals gesteuert. Erreicht diese eine minimale Grenze (z.B. hier 20 V/V), wird der Mechanismus aktiviert. In Abb. 6.16 (links) wird Flywheeling bei ca. 41 s für eine Dauer von 2 s aktiviert (SNR von L1 fällt unter 20), bei 44 und 47 s kommt es zu wiederholtem Einschalten. Aus der Analyse der Vorwärtsdifferenz des L1-Signals wird ersichtlich, dass während des Flywheelings Phasensprünge in der Dimension einer halben Wellenlänge (ca. 10 cm) auftreten, es kommt zu einer Signalveränderung, die mit der Arbeitsweise des GPS- Empfängers zusammenhängt und nicht durch die Atmosphäre verursacht wird. Für die Prozessierung der Okkultationsdaten ist es sinnvoll, diese Perioden zu kennzeichnen. In einer verbesserten Empfängersoftware, mit der u.a. die Okkultation Nr. 1 am 6. April 2001 aufgezeichnet wurde [Abb. 6.16 (rechts)], wurde eine solche Kennzeichnung eingeführt (Flywheeling-Flag, FW-Flag). Bei 45 s wird Flywheeling kurzzeitig aktiviert, allerdings nicht für die jeweils volle bzw. 2 vollen Sekunden fortgesetzt, sondern nach 60 ms bereits wieder beendet [Meehan, 2001]. Bei Sekunde 52 kommt es zu einer weiteren Aktivierung, die bis zum Signalverlust bestehen bleibt. Auch hier erkennt man Signalveränderungen (Phasensprünge), die mit der Arbeitsweise des Empfängers in Zusammenhang stehen können. Bei der ersten Version der CHAMP- Prozessierungssoftware wurde die letzte Periode der Okkultation, die im Flywheeling- Modus aufgezeichnet wurde, von der Prozessierung ausgenommen, um eine unkontrollierte Veränderung der Messdaten durch den GPS-Empfänger zu vermeiden. Durch das Abschneiden der letzten Messdaten der Okkultation wurde die minimal erreichbare Höhe verändert. Für die von Februar bis Juli gemessenen und prozessierten CHAMP-Okkultationen erreichten ca. 50% der Vertikalprofile den ersten Kilometer über dem Erdellipsoid (Abb. 6.17); nahezu 75% erreichten die beiden ersten Kilometer. Abb. 6.17: Erreichte Minimalhöhen über dem Erdellipsoid der CHAMP-Vertikalprofile (ca. 11.500) vom Februar–Juli 2001. 111

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