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 hochaufgelösttypo3/er Beobachtungsdaten für die operationellen Datenassimilationssysteme und auch an fehlenden Echtzeitdaten aus dem inneren Kern von Wirkbelstürmen. 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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