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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

120 6.9.2 Reduzierung

120 6.9.2 Reduzierung der Datenrate des Bodennetzes 6 Erste Ergebnisse des CHAMP-Radiookkultationsexperiments Abb. 6.27: Statistischer Vergleich (mittlere Abweichung: blau, Standardabweichung: rot) von 1.400 Temperaturprofilen, abgeleitet mit reduzierter Datenrate der GPS-Bodendaten von 5 s (a), 10 s (b) und 30 s (c) mit einem Referenzdatensatz (1 s Datenrate; Auswertung von 436 Okkultationen, 19.-21. April 2001 mit 3-4 GPS-Bodenstationen pro Ereignis). Eine weitere Untersuchung widmet sich dem Einfluss der Reduzierung der Datenrate der GPS-Bodenstationen auf die Genauigkeit der atmosphärischen Profile. Die GPS- Bodendaten bilden den größten Anteil an den Eingabedaten für die Okkultationsprozessierung. Bei dem in Kap. 5.2 beschriebenen, globalen „HiRate&Low Latency“- Bodennetz müssen pro Tag 1 Gbyte GPS-Bodendaten (BINEX-Format, [Galas und Köhler, 2001]) im Prozessor verarbeitet werden. Eine Reduzierung der derzeit Abb. 6.28: Differenz der mittleren (blau) und Standardabweichung (rot) des 5 s (a), 10 s (b) und 30 s Datensatzes (c) von 1.400 Temperaturprofilen zu korrespondierenden ECMWF-Profilen in Relation zur Abweichung der 1 s Referenzdaten von ECMWF (436 Okkultationen, 19.-21. April 2001 mit 3-4 GPS-Bodenstationen pro Ereignis).

6.9 GPS-Prozessierung mit Einfachdifferenzen verwendeten Datenrate von 1 s auf 30 s (Standard-Messrate des IGS-Bodennetzes) bei weiterer Verwendung der Doppeldifferenzenmethode bedeutet eine drastische Reduzierung der Eingabedatenmenge und auch eine Entlastung der Kommunikationsverbindungen, vor allem für operationelle Zielstellungen eine deutliche Verbesserung. Für den Vergleich wurden 436 Okkultationen (19.-21.04.2001) verwendet. Die Okkultationen wurden mit einer Redundanz von 3-4 Bodenstationen prozessiert. Somit standen 1.400 Vertikalprofile für den Vergleich zur Verfügung. Als Referenzdatendatensatz wurden Profile verwendet, die mit der Doppeldifferenzenmethode unter Verwendung von 1 s GPS-Bodendaten prozessiert wurden. Die Okkultationen wurde dreimal prozessiert, wobei nur jeder 5., 10. bzw. 30. Messwert der Bodenstationen verwendet wurde. Die abgeleiteten Temperaturprofile wurden unter Verwendung von (6.1) und (6.2) statistisch mit dem Referenzdatensatz verglichen. Die Ergebnisse sind in Abb. 6.27 dargestellt. Zusätzlich wurden die mittlere und die Standardabweichung aller Datensätze (1 s, 5 s, 10 s und 30 s) im Vergleich zu ECMWF bestimmt. Abb. 6.28 zeigt die Differenz der mittleren und Standardabweichung zu ECMWF der 5 s, 10 s und 30 s Profile relativ zu denen der 1 s Profile. Aus Abb. 6.28 wird deutlich, dass selbst bei Verwendung einer Datenrate von 30 s Temperaturprofile erzeugt werden, die im statistischen Vergleich zu ECMWF nahezu identisches Verhalten aufweisen wie der 1 s Referenzdatensatz (Abweichungen in mittlerer und Standardabweichung bis 30 km Höhe < 0,1 K). Auch die die drei Einzelvergleiche (Abb. 6.27) weisen eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den jeweils verglichenen Datensätzen auf. Die mittlere Abweichung ist bei allen drei Vergleichen bis in eine Höhe von 30 km nahezu null. Selbst bei der Verwendung der 30 s Datenrate ist die Standardabweichung zu den 1 s Referenzprofilen über den gesamten Höhenbereich kleiner als 1 K. Die Studie zeigt, dass selbst eine deutliche Reduzierung der Datenrate des verwendeten GPS-Bodennetzes von 1 s auf 30 s nur zu geringen Abweichungen in den abgeleiteten Temperaturen führt. Es werden Temperaturprofile generiert, die sich im Vergleich zu ECMWF statistisch nahezu identisch verhalten, wie die Profile, die mit der Standardrate von 1 s erzeugt wurden. Die Abweichungen zwischen den Datensätzen können nicht nur auf die eventuell unvollkommene Interpolation des GPS-Uhrenfehlers zurückgeführt werden. Die Bodendaten können auch Fehlerquellen enthalten, wie unkorrigierte Atmosphären- oder Ionosphäreneinflüsse oder auch Mehrwegeeffekte, hinzu kommt eine Vergrößerung des Messrauschens. Eine Interpolation über eine unterschiedliche Anzahl von Stützstellen muss dann jeweils leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern, wobei nicht eindeutig ist, welche Lösung die bessere ist. Die Unterschiede müssen näher untersucht werden. An Stelle einer derartigen Untersuchung, die über den Rahmen dieser Arbeit hinausführt, wird im folgenden eine alternative Prozessierungsmethode vorgeschlagen, die auf der Bildung von Einfachdifferenzen der GPS-Satellitenmessungen beruht (siehe Kap.3.2.1). Dabei werden keine Bodendaten mehr direkt für die Prozessierung verwendet. 121

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