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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

114 6 Erste

114 6 Erste Ergebnisse des CHAMP-Radiookkultationsexperimentes Kap. 3.3.3 wurde gezeigt, dass die Ionosphärenkorrektur mit der Linearkombination der Brechungswinkel der L1- und L2-Signale für die GPS/MET-Messungen auch auf der Tagseite ausreichend ist. 2D-Raytracingrechnungen (Kap. 3.3.3) bei Verwendung einer Solarmaximum-Modellionosphäre (Tagseite) zeigen, dass die Anwendung dieses Korrekturverfahrens schon in einer Höhe von 30 km zu einem Temperaturfehler in der Dimension von 1-2 K führt. Für CHAMP-Messungen, die im Solarmaximum durchgeführt werden, kann also ein Ionosphäreneinfluß erwartet werden, der mit der Linearkombination der Brechungswinkel nicht mit hoher Genauigkeit korrigiert werden kann. Abb. 6.21: Geografische Position von CHAMP-Vertikalprofilen schlechter Qualität für den 06. und 07. April 2001. Links: Gemessen während des lokalen Tages (Sonnenelevation am Ort des Profiles > 0°). Rechts: lokaler Nacht, Sonnenelevation < 0°. Für die erste Phase des CHAMP-Okkultationsexperiments wurde der Anteil der Profile analysiert, die die interne Qualitätskontrolle (Abweichungen der abgeleiteten Temperaturen von >15 K im Höhenbereich bis 30 km) nicht bestanden (Abb. 6.20). Im Mittel ergeben sich 5-10% der Profile, die das Qualitätskriterium nicht erfüllen. An einigen Tagen ist dieser Anteil jedoch signifikant höher und kann ca. 30% erreichen, z.B. Tag 96 (6. April, 27,7%), 97 (7. April 26,2%) oder 172 (21. Juni, 27,3%). Für den 6. und 7. April wurde untersucht, ob der signifikant höhere Anteil von Profilen schlechter Qualität auf einen unkorrigierten Ionosphäreneinfluß zurückgeführt werden kann. Dazu wurden die insgesamt 255 Profile nach auf der Tagseite (121, Abb. 6.21) und Nachtseite (134, Abb. 6.21) gemessenen unterteilt. Auf der Tagseite waren 57 Profile (47,1% der gemessenen) schlechter Qualität, auf der Nachtseite dagegen nur 7 Profile (5,2%). Auf der Tagseite, mit deutlich höheren ionosphärischen Elektronendichten, erfüllt nahezu jedes zweite Profile das Qualitätskriterium nicht. Aufgrund des ca. zehnmal höheren Anteils Profile schlechter Qualität auf der Tagseite, wird als Ursache für diese Störungen ein nicht korrigierter Einfluß der Ionosphäre auf die CHAMP-Messungen an diesen beiden Tagen angenommen. Aus Abb. 6.20 ist ersichtlich, dass Anfang April (Tag 90) ein überdurchschnittlich hoher solarer Strahlungsfluss (F10.7), also hohe Elektronendichten in der Ionosphäre auf der Tagseite, beobachtet wurde (bis zu ca. 300×10 -22 W/m²/Hz). Diese hohe Elektronendichten waren mit einem geomagnetischen Aktivitätsindex Kp von bis zu 8 (geomagnetischer Sturm) gekoppelt, also hohen Schwankungen des Erdmagnetfeldes, die zu einer gestörten

6.8 Redundanz der GPS-Bodendaten Ionosphäre führen. Zwei weitere Perioden mit einem relativ großen Anteil (≥20%) qualitativ schlechter Profile werden um den 20. April (Tag 110) und den 21. Juni (Tag 172) herum beobachtet. Für diese Perioden wird ebenfalls die Kopplung eines hohen solaren Strahlunsflusses (ca. 200×10 -22 W/m²/Hz) mit hohem Kp (4) beobachtet. Die „gestörten“ Profile (Abb. 6.21) befinden sich hauptsächlich in Äquatornähe, wo am frühen Nachmittag die höchsten Elektronendichten auftreten, bis hin zu mittleren Breiten, einschließlich des Bereiches der äquatorialen Anomalie, in dem ebenfalls maximale Elektronendichten in der Ionosphäre auftreten [Schaer, 1999]. Weitere Ursachen für den Ionosphäreneinfluß können Plasma-Instabilitäten sein, die in der äquatorialen F-Schicht vor allem bei niedrigen Elektronendichten auf der Nachtseite auftreten können (Equatorial Spread F). In höheren Breiten treten ebenfalls Plasma-Instabilitäten auf, die sich signifikant auf die Radiowellenausbreitung auswirken können [z.B. Hocke, 2001]. Im Rahmen dieser Arbeit wird noch kein Methode zu einer umfassenden und systematischen Ionosphärenkorrektur vorgestellt. Dazu ist eine umfangreiche Forschungstätigkeit notwendig. 6.8 Redundanz der GPS-Bodendaten Bereits im Vorfeld des CHAMP-Radiookkultationsexperiments konnte mit Simulationsrechnungen unter Verwendung der ROST-Software (Kap. 5.2) gezeigt werden, dass das gemeinsam von JPL und GFZ aufgebaute und betriebene HiRate & Low Latency GPS- Bodennetzwerk [Galas et al., 2001] eine globale Bedeckung der Okkultationsereignisse bei Anwendung der Doppeldifferenzenmethode garantiert (Kap. 5.2). Dabei wurde festgestellt, Anzahl der Bodenstationen 5 4 3 2 1 0 42 47 54 64 65 66 67 68 88 89 90 91 92 93 96 97 109 110 111 134 Tag des Jahres Abb. 6.22: Durchschnittliche Anzahl der Bodenstationen für die Doppeldifferenzenprozessierung pro Okkultation. Dargestellt sind die ersten 20 Tage des Jahres 2001 mit Okkultationsmessungen von CHAMP. Die Gesamthöhe der Säule repräsentiert die maximal erreichbare Redundanz (mit ROST berechnet), die Höhe der grünen Säule die tatsächlich mit realen Daten erreichte Redundanz. 115

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