Windmessung über Ozeanen mit GNSS-Reflektometrie
Ozean-Winde
Die gegenwärtigen meteorologischen Modelle scheitern oft bei der Vorhersage der Entwicklung von Stürmen bei Extremwetterereignissen. Das liegt an der mangelnden Verfügbarkeit zeitlich und räumlich hochaufgelöster Beobachtungsdaten für die operationellen Datenassimilationssysteme und auch an fehlenden Echtzeitdaten aus dem inneren Kern von Wirbelstürmen. Mit der GNSS-Scatterometrie, einem Teilgebiet der GNSS-Reflektometrie (GNSS-R), kann diese Lücke im gegenwärtigen Beobachtungssystem potentiell geschlossen werden. Im Gegensatz zu anderen satellitenbasierten Winddaten (Scatterometern) sind die GNSS-Reflektometriedaten kaum von dem starkem Niederschlag beeinflusst, der parallel zu den Wirbelstürmen auftritt. Zavorotny und Voronovich [2000] haben die Amplitude des von der Wasseroberfläche rückgestreuten GNSS-Signals als Funktion von geometrischen Eigenschaften, der Windgeschwindigkeit und -richtung numerisch modelliert. Abb. 1 zeigt eine modellierte Doppler-Delay-Map (DDM) (d.h., eine Messgröße, die von der Meeresoberfläche rückgestreute GNSS-Signale charakterisiert) und eine an Bord des englischen TDS-1 (TechDemoSat-1, Unwin et al., [2016]) Satelliten gemessene DDM. Abb. 2 vergleicht die Windgeschwindigkeiten, die von TDS-1 gemessen werden, mit Beobachtungen von Ozeanbojennetzen.
Unterstützt durch das geowissenschaftliche Geo.X-Netzwerk in der Region Berlin/Potsdam mit dem Young Academy Fellow-Programm, befasst sich unser Forschungsprojekt mit der Berechnung von Windinformationen aus satellitengestützten GNSS-Reflektometriedaten und deren Messunsicherheiten [Asgarimehr et al., 2017]. Weiterhin wird der Einfluss der GNSS-R-Winddaten auf Wettermodelle und deren Verbesserungen bei Extremstürmen über Ozeanen bewertet. Diese Untersuchungen begannen mit dem Studium von satellitengestützten TDS-1 basierten Winddaten. Die U.S. amerikanische acht-Satelliten-GNSS-R-Mission CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System, Start: 19. Dezember 2016) ermöglicht die Fortsetzung der Studie mit 630.000 global verteilten DDMs pro 48 Stunden.
Referenzen
Asgarimehr, M., J. Wickert, and S. Reich (2017), Rain Effects on TechDemoSat-1 wind speeds: Toward improved GNSS Scatterometry, Submitted paper to IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters (under review).
Portabella, M., A. Stoffelen, W. Lin, A. Turiel, A. Verhoef, J. Verspeek, and J. Ballabrera-Poy (2012), Rain effects on ASCAT-retrieved winds: Toward an improved quality control, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 50(7), 2495-2506
Unwin, M., P. Jales, J. Tye, C. Gommenginger, G. Foti, and J. Rosello, Spaceborne GNSS-Reflectometry on TechDemoSat-1: Early Mission Operations and Exploitation, IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9, 10, pp. 4525-4539, doi: 10.1109/JSTARS.2016.2603846, 2016.
Zavorotny, V. U., and A. G. Voronovich (2000), Scattering of GPS signals from the ocean with wind remote sensing application, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 38(2), 951-964
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