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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

EINLEITUNG Mit der

EINLEITUNG Mit der Realisierung des CHAMP-Projektes (CHAllenging Minisatellite Payload) und dem erfolgreichen Start des Satelliten am 15. Juli 2000 erfolgte ein wichtiger Schritt zur Entwicklung und Etablierung einer neuen satellitengestützten Fernerkundungsmethode, der GPS-Radiookkultationstechnik. Dieses kalibrierungsfreie Verfahren ermöglicht eine genaue und wetterunabhängige Sondierung der Erdatmosphäre im globalen Maßstab mit hoher vertikaler Auflösung. Neben Anwendungen in der Klimaforschung können die neuen Daten wesentlich dazu beitragen, die Wettervorhersage zu verbessern. In dieser Arbeit wird die operationelle meteorologische Anwendung der GPS-Limbsondierungen anhand des CHAMP-Radiookkultationsexperimentes untersucht. Dafür ist zunächst die Entwicklung eines automatischen Prozessierungssystems erforderlich. Die verschiedenen Eingabedatensätze (GPS-Okkultations- und Bodendaten, Satellitenbahn- und Hilfsdaten) müssen rechtzeitig bereitgestellt und verarbeitet werden. Die Ergebnisse der Prozessierung sind zu archivieren und für die Nutzung verfügbar zu machen. Das System muss modular strukturiert sein, um flexibel und einfach erweitert bzw. an neue Analyseaufgaben angepasst werden zu können (z.B. für neue Satellitenmissionen oder zusätzliche Analyseprodukte). Neben diesen logistischen Aufgaben der Datenprozessierung muss eine korrekte mathematisch-physikalische Formulierung der neuen Fernerkundungsmethode gefunden und in entsprechende Datenanalyseprogramme umgesetzt werden. Die atmosphärische Phasenwegverlängerung der GPS-Signale und ihre Richtungsänderung (Brechungswinkel) werden dabei auf der Basis der Satellitengeodäsie und der geometrischen Optik abgeleitet. Die Ableitung vertikal hochaufgelöster Refraktivitätsprofile aus dem Brechungswinkel erfordert dagegen ein mathematisches Inversionsverfahren, die sogenannte Abelinversion. Mit Hilfe der Refraktivitätsbeziehung, der hydrostatischen Gleichung und der Zustandsgleichung werden schliesslich Dichte-, Druck- und Temperaturprofile der Atmosphäre bestimmt. Abb. II: Fernerkundung der Atmosphäre mit GPS-Radiookkultation auf CHAMP. Der Brechungswinkel α des Signalweges vom GPS-Satelliten zu CHAMP ist ein charakteristischer Parameter für die Okkultationen. Vertikale Verteilungen von Temperatur und Elektronendichte können abgeleitet werden.

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