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Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

Algorithmen, Prozessierungssystem und erste Ergebnisse

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84 5 CHAMP-Okkultationsexperiment Das Programm kann auch zur Analyse von GPS-Bodenmessungen [Wickert et al., 2001a] eingesetzt werden. Hierbei können z.B. Differenzen von GPS-Satellitenuhrenfehlern berechnet und Aussagen zur Qualität der Bodenmessungen gemacht werden (u.a. Rauschverhalten des Empfängers, Verhalten der Empfängeruhrenfehler). Eingabedaten Daten des GPS-Satellitenempfängers (RINEX-Format, 1 h) Daten der GPS-Bodenstationen (RINEX-Format, 1 h) Statusinformationen (*.log Dateien) der GPS-Messdatenfiles Präzise Orbitdaten von CHAMP bzw. anderen LEO-Satelliten (Position und Geschwindigkeit) Präzise Orbitdaten der GPS-Satelliten (Position und Geschwindigkeit) Okkultationstabelle (mit MK-TAB generiert) Ausgabedaten Atmosphärische Phasenwegverlängerung während einer Okkultation (50 Hz) mit zugehöriger Orbitinformation von CHAMP und des okkultierten GPS-Satelliten, Datenprodukt CH-AI-2-PD Parameterfiles Exakte Positionen der GPS-Bodenstationen Tab. 5.10: Charakterisierung des Softwaremoduls DDIFF zur Erzeugung der atmosphärischen Phasenwegverlängerung. Modul zur Berechnung atmosphärischer Parameter ATMO Das Inversionsmodul ATMO leitet atmosphärische Profile (Refraktivität, Dichte, Druck, Temperatur) aus den atmosphärischen Phasenwegverlängerungen des Okkultationslinks und den zugehörigen Orbitinformationen der beteiligten Satelliten (Position und Geschwindigkeit) ab. Das Programm verwendet die in Kap. 3.3 ausführlich dargestellten Algorithmen. Eingabedaten Atmosphärische Phasenwegverlängerung im Verlaufe einer Okkultation (50 Hz) mit zugehöriger Orbitinformation des CHAMP und okkultierenden GPS-Satelliten (CH-AI-2-PD) Ausgabedaten Vertikalprofile der atmosphärischen Parameter (Näherung für trockene Atmosphäre) Datenprodukt CH-ATM Tab. 5.11: Charakterisierung des Softwaremoduls ATMO (Ableitung vertikaler atmosphärischer Parameter). Modul zur Interpolation meteorologischer Analysen METEO Das Softwaremodul METEO generiert für jedes erzeugte Atmosphärenprofil eine Datei, die ein zugehöriges Vertikalprofil (Temperatur, Luftdruck) einer meteorologischen Analyse enthält. Die Daten werden dabei linear auf den Ort und den Zeitpunkt der entsprechenden Okkultation interpoliert, wobei auf den erdnächsten Punkt des Profils interpoliert wird. Es werden verschiedene Analysen verwendet (ECMWF, GME(DWD),

5.4 Prozessierungssystem für Okkultationsdaten NCEP). Im weiteren Verlauf der Mission ist eine Erweiterung auf meteorologische Vorhersagen vorgesehen. Eingabedaten Ausgabedaten Datei mit den Vertikalprofilen atmosphärischer Parameter, Meteorologische Analysen bzw. Vorhersagen (ECMWF, NCEP, DWD) In Raum und Zeit auf den Okkultationsort interpolierte Vertikalprofile atmosphärischer Parameter aus den entsprechenden meteorologischen Analysen (Dateien iMET_ECMWF, iMET_GME, iMET_NCEP) Tab. 5.12: Charakterisierung des Softwaremoduls METEO (Interpolation meteorologischer Analysen). Modul zur Berechnung von Wasserdampfprofilen WVP Das Modul WVP berechnet aus den Refraktivitätsprofilen und den durch das Modul METEO aus den Meteorologischen Analysen erzeugten Vertikalprofilen (Temperatur, Luftdruck) die vertikale Verteilung der spezifischen Feuchte unter Verwendung des in Kap. 3.3.6 dargestellten Algorithmus. Eingabedaten Vertikalprofile der atmosphärischen Parameter (Näherung für trockene Atmosphäre), CH-ATM Vertikalprofile (Temperatur, Luftdruck) aus Meteorologischer Analyse bzw. Vorhersage für das entsprechende Profil, z.B. iMET- ECMWF Ausgabedaten Vertikalprofil der spezifischen Feuchte, Datenprodukt CH-WVP Tab. 5.13: Charakterisierung des Softwaremoduls WVP zur Ableitung von Wasserdampfprofilen. Softwaretechnische Realisierung der Module Sämtliche Softwaremodule wurden in der Programmiersprache FORTRAN unter UNIX geschrieben, dabei wurden die Standardcompiler F77 (SUN) und F90 (SUN) verwendet. Die wissenschaftlichen Algorithmen wurden unter Verwendung folgender Literatur zur Entwicklung numerischer Methoden entwickelt: Blobel und Lohrmann [1998], Brockwell und Davis [1998] und Press et al. [1992]. 5.4.2 Operationelles Prozessierungssystem Die im vorigen Kapitel (5.4.1) beschriebenen Softwaremodule können verwendet werden, um Vertikalprofile atmosphärischer Parameter aus folgenden Eingabedaten abzuleiten: GPS-Okkultationsdaten (gemessen von CHAMP oder anderen LEO-Satelliten), GPS- Bodendaten eines globalen GPS-Bodennetzes und präzise Bahndaten von CHAMP und den GPS-Satelliten. Die Prozessierung kann im Kommandozeilenmodus unter dem 85

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