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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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10 1 Fernerkundung der Atmosphäre Abb. 1.3: Horizontale Drift der Radiosonden 1994, Neumayerstation (Antarktis). 19:33 UTC gestartete Radiosonde lieferte in 256 km horizontaler Entfernung (auf der Erdoberfläche) vom Startpunkt in nordöstlicher Richtung den letzten Messwert. Bei diesem Ballonflug wurden in der Stratosphäre Windgeschwindigkeiten (Westwind) von über 300 km/h gemessen. Diese hohen Geschwindigkeiten werden durch den zu dieser Zeit über der Antarktis stark ausgeprägten stratosphärischen Polarwirbel verursacht. 1.3 Flugzeugmessungen Meteorologische Daten aus Flugzeugmessungen, werden umfangreich für die Datenassimilation verwendet. Abb. 1.4 zeigt die Positionen von 28.372 Flugzeugmessungen, die für einen speziellen Termin (14. August 2001, 0 UTC) in die globale ECMWF-Analyse assimiliert wurden. Abb. 1.4: Globale Verteilung von Flugzeugmessungen, die für die Datenassimilation der globalen Wettervorhersage des ECMWF verwendet wurden (14.08.01, 00:00 UTC [ECMWF, 2001b]) Grün: ACARS; blau: AMDAR; rot: AIREP.

1.4 Satellitenfernerkundung Den größten Anteil (64,2%) bilden die ACARS-Reports (Aircraft Communications, Adressing and Reporting System). Diese automatischen Wettermeldungen (i.a. Messwerte alle 5-6 min) werden vorwiegend von Linienflugzeugen erstellt und umfassen in der Regel Temperatur, Windrichtung und –geschwindigkeit sowie die zugehörige Positions- und Zeitinformation. Nach einer neueren Studie von Benjamin et al. [1999] wird die Genauigkeit der gemessenen Windgeschwindigkeit mit 1,8 m/s bzw. der Temperatur mit 0,5 K angegeben. Einen Anteil von 27,1% besitzen die AIREP (Air Report), die mündlichen Wettermeldungen, die von den jeweiligen Piloten erstellt und vom Flugwetterdienst empfangen und weitergeleitet werden. AMDAR/ASDAR (Aircraft Meteorological Data Reporting/Aircraft to Satellite Data Relay) besitzen den kleinsten Anteil von 8,7%. Hierbei handelt es sich um automatische Systeme, die nur auf einer begrenzten Anzahl von Flugzeugen installiert sind. Abb. 1.4 zeigt sehr deutlich, dass die Flugzeugmessungen nur eine unzureichende globale Überdeckung aufweisen. Die ACARS-Reports sind fast ausschließlich auf den Bereich über Nordamerika begrenzt. AIREP und AMDAR/ASDAR Messungen gibt es auch über anderen Regionen; es existieren allerdings grosse Erdbereiche, über denen keine Messungen erfolgen. 1.4 Satellitenfernerkundung Eine der Gemeinsamkeiten der bisher behandelten Beobachtungssysteme (Boden- und Flugzeugmessungen) ist die ungleichmäßige und auch unzureichende globale Bedeckung. Nur durch die Anwendung von Satellitenverfahren können die so entstehenden Datenlücken, vor allem über den Ozeanen und Polargebieten geschlossen werden. Diese Verfahren besitzen das einzigartige Potential, die Erde als Ganzes im globalen Maßstab zu sondieren. Im Idealfall werden Messdaten zur Verfügung gestellt, die alle Regionen der Erdoberfläche abdecken. Bei Einrichtung und Betrieb operationeller Satellitensysteme können die Messdaten zudem mit geringer Zeitverzögerung bereitgestellt werden. Seit dem Start des ersten meteorologischen Satelliten TIROS-1 am 1. April 1960 hat sich die Satellitenfernerkundung rasant entwickelt und ist aus der heutigen Meteorologie und Atmosphärenforschung nicht mehr wegzudenken (z.B. [Kidder und Vonder Haar, 2000]). Die derzeit wichtigsten Sensorinstrumente an Bord der Satelliten sind hochauflösende Radiometer. Bei der Vertikalsondierung wird die empfangene Strahlung spektral analysiert, die Bestandteile können verschiedenen Atmosphärenschichten zugeordnet werden. Mit einem vorgegeben Temperatur- und Feuchteprofil (engl. „first guess“) als Startwert (abgeleitet aus numerischen Wettervorhersagen) können die Strahlungsübertragungsgleichungen „invertiert“ werden, um Temperatur- und Feuchteprofile zu erhalten. Die Qualität des „First Guess“ Profiles bestimmt dabei die Genauigkeit der abgeleiteten Profile mit [Hayden, 1988]. Die vertikale Auflösung der Profile beträgt nur ca. 5 km [Ware et al., 1996]. Die derzeit operationell betriebenen Satellitensysteme werden nach polarumlaufenden und geostationären Satelliten unterschieden. 11

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