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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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8 1 Fernerkundung der Atmosphäre Feuchtewerte oberhalb von 500 hPa (5-6 km) an. Mit geeigneten Kalibrierungsverfahren und dem Einsatz von parallelen Feuchtesensoranordnungen wird derzeit versucht, die Genauigkeit der Messungen zu verbessern [Leiterer et al., 1997]. Radiosonden liefern Daten von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von ca. 30 km. Bei günstigen Wetterbedingungen können Höhen bis zu 40 km erreicht werden. Auf Grund von Fehlern bei der Druckbestimmung in größeren Höhen und der daraus resultierenden fehlerhaften Höhenzuordnung der Messwerte ergeben sich im Bereich der oberen Tropo- und unteren Stratosphäre oberhalb von 10 km Messfehler von ca. 1 K, in größeren Höhen (30 km) kann dieser Fehler bis auf 4 K ansteigen [Ware et al., 1996]. 1.2.2 Globale Bedeckung und Verfügbarkeit Ein generelles Problem der Radiosondenmessungen sind, besonders auf der Südhalbkugel, räumliche und zeitliche Datenlücken. Neben der dort geringen Anzahl von Wetterstationen, die in der Lage sind, Radiosondierungen durchzuführen, scheitern z.B. in der Antarktis die Ballonstarts oftmals an den extremen Umweltbedingungen. Dort auftretende ionosphärische Störungen bereiten auch oft Probleme bei der Datenübertragung zu den Vorhersagezentren. Auf anderen Kontinenten (Afrika und Südamerika) stellen die Ballonstarts mit den nur einmalig verwendbaren Radiosonden und dem personellen Aufwand zu ihrer Durchführung und Auswertung ein Kostenproblem dar. Während des globalen Wetterexperiments (1979) erreichte die Anzahl der weltweit durchgeführten Radiosondierungen ihr Maximum. In den darauf folgenden Jahren verringerte sich diese Anzahl um ca. ein Drittel, hauptsächlich bedingt durch die Umstellung von täglich zwei auf täglich nur noch einen Ballonaufstieg pro Station [Trenberth, 1995]. Die Anzahl der tatsächlich täglich verfügbaren Messungen von Radiosondenstationen ist z.T. deutlich geringer als deren Anzahl (Abb. 1.2). Tab. 1.1 zeigt dazu als Beispiel die für die Datenassimilation des DWD verfügbaren Radiosondenmessungen in verschiedenen Druckniveaus über der Erdoberfläche für den 7. Februar 1999. Für die synoptischen Haupttermine um 0 und 12 UTC gibt es Daten für ca. 500 Sondierungen. Also werden nur von jeder zweiten bekannten Radiosondenstation auch Messwerte für die Datenassimilation innerhalb der globalen Wettervorhersage zur Verfügung gestellt. Zu den Hauptterminen 6 und 18 UTC sind es drastisch weniger, hier werden nur noch von 0 UTC 6 UTC 12 UTC 18 UTC 500 hPa 520 31 485 26 250 hPa 506 31 470 26 100 hPa 454 29 437 26 50 hPa 391 26 388 24 30 hPa 324 15 344 11 10 hPa 109 4 138 2 Tab. 1.1: Höhenabhängige Verfügbarkeit von globalen Radiosondenmessungen für die Datenassimilation zur globalen Wettervorhersage des DWD (07.02.1999).

1.2 Radiosondierungen ca. jeder 30. Station Vertikalprofile geliefert. Weiterhin werden die verfügbaren Temperaturdaten mit zunehmender Höhe deutlich weniger. So sind für das Druckniveau 10 hPa zu den Hauptterminen global nur noch ca. 100 Messungen erhältlich. Die verfügbaren Messungen sind sehr ungleichmäßig über die Erde verteilt. Die Abdeckung über Europa und Nordamerika ist gut. Weiterhin gibt es Messungen über Australien, Russland (nahmen in den vergangenen Jahren stark ab) und China. Die verbleibenden Regionen weisen nahezu überhaupt keine Messungen auf. Quantitativ wird diese Tatsache durch Tab. 1.2 bestätigt. Zu den Hauptterminen 0 und 12 UTC sind auf der Nordhalbkugel in den unteren Höhenbereichen ca. 5-10 mal mehr Messungen erhältlich als auf der Südhalbkugel. Zu den Hauptterminen 6 und 18 UTC wird dieser Unterschied noch größer. Es gibt fast keine auf der Südhalbkugel durchgeführten Messungen. Tab. 1.2 zeigt auch deutlich, dass die Vertikalprofile auf der Südhalbkugel eine geringere Höhe erreichen als auf der Nordhalbkugel. Obwohl für den 17. Februar im Nordwinter schwierigere Aufstiegsbedingungen herrschen sollten, erreicht hier zu den Hauptterminen 0 und 12 UTC fast jede vierte Sonde die Höhe von 10 hPa, auf der Südhalbkugel ist es nur jede zehnte. 0 UTC 6 UTC 12 UTC 18 UTC Nord Süd Nord Süd Nord Süd Nord Süd 500 hPa 443 77 30 1 425 60 26 0 250 hPa 430 76 30 1 412 58 26 0 100 hPa 383 71 28 1 384 53 26 0 50 hPa 333 58 25 1 338 50 24 0 30 hPa 278 46 14 1 303 41 11 0 10 hPa 107 2 4 0 134 4 2 0 Tab. 1.2: Höhenabhängige Verfügbarkeit von Messungen des globalen Radiosondennetzes, unterschieden nach Messung auf der Nord- bzw. Südhalbkugel (07.02.1999). 1.2.3 Horizontale Ballondrift Infolge der Windströmungen kommt es während der Radiosondierung zu einer horizontalen Ballondrift. Die in den verschiedenen Höhenstufen gemessenen Temperaturen können nicht mehr dem Längen- und Breitengrad des Startpunktes zugeordnet werden. Eine Vorstellung über die Größe dieser horizontalen Ballondrift gibt die Auswertung eines Beispieldatensatzes von Radiosondierungen an der deutschen Antarktisstation Neumayer (70,39°S; 8,15°W). Der Datensatz umfasst 1.159 Vertikalprofile, die im Zeitraum zwischen März 1992 und Februar 1995 gemessen wurden. Mit den Winddaten von 839 Profilen (komplett vorhandene Windinformation über den gesamten Höhenbereich nur bei 72,4% der gemessenen Profile) wurde der Ballonplatzpunkt bestimmt und die horizontale Entfernung zum Startpunkt ermittelt. Bei einer durchschnittlich erreichten Höhe von 26,925 km betrug die mittlere horizontale Abweichung zwischen Startpunkt und Subpunkt der Position beim Platzen des Ballons 72,3 km. Die Lage aller Subpunkte ist in Abb. 1.3 dargestellt. Der größte Abstand zum Startpunkt ergab sich am 5. September 1993. Die 9

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