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GNSS-Meteorologie

Am GFZ werden die GNSS-Signale von geodätischen Empfangsstationen globaler und regionaler Bodennetzwerke operationell in Nahezu-Echtzeit ausgewertet. Die atmosphärischen Analyseergebnisse, wie z.B. der integrierte Wasserdampf über den einzelnen Stationen, werden zur Verbesserung globaler und regionaler Wettervorhersagen sowie für verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen genutzt. Derzeit sind mehr als 500 Stationen in der operationellen Auswertung (Stand September 2017), davon ca. 300 Stationen des deutschen SAPOS-Netzwerks sowie  die Stationen des europäischen EUREF-Netzwerkes und globale IGS-Stationen.

Weiterhin werden auch temporäre GNSS-Bodennetze, z.B. im Rahmen meteorologischer Feldexperimente, installiert, operationell betrieben und deren Daten ausgewertet. Spezielle Daten, wie z.B. Schrägsichten zu den zeitgleich bis zu 30 empfangenen GNSS-Satelliten, werden für Studien zur Verbesserung der Niederschlagsvorhersage beim Deutschen Wetterdienst DWD zur Verfügung gestellt [3].

Am GFZ werden auch die GNSS-Daten des GRUAN-Netzes (GCOS Reference Upper Air Network, www.gruan.org) der WMO im Rahmen von GCOS (Globale Climate Observing Systems) analysiert. GNSS-Empfänger sind hier fester Bestandteil der Messausrüstung von gegenwärtig mehr als 20 global verteilten GRUAN-Observatorien zur Untersuchung von klimatologischen Veränderungen der Erdatmosphäre [5]. Auch für das Deutschlandnetz können solche Trends abgeleitet werden. Mehr als 100 Stationen liefern seit mehr als 10 Jahren Daten und können zur Untersuchung regionaler Unterschiede in den abgeleiteten Trends und zur Verbesserung von Klimamodellen genutzt werden [6].

Ein methodischer Schwerpunkt der GFZ-Arbeiten ist die Weiterentwicklung des Messverfahrens, wozu Untersuchungen zur Echtzeitverarbeitung und zum Übergang vom Einzelsystem GPS zu einem Multi-GNSS-System, ergänzt durch Galileo, GLONASS und BeiDou, vorgenommen werden [7]. Zusätzlich werden ionosphärisch bedingte Ausbreitungsfehler untersucht [8].

Die Arbeiten auf dem Gebiet der GNSS-Meteorologie erfolgen im Rahmen des Helmholtz-Forschungsbereiches "Erde und Umwelt" im Forschungsprogramm "Atmosphäre und Klima" in enger Zusammenarbeit mit dem KIT und FZ Jülich.

[1] Ning, T., Wickert, J., Deng, Z., Heise, S., Dick, G., Vey, S., Schöne, T. (2016): Homogenized time series of the atmospheric water vapor content obtained from the GNSS reprocessed data. - Journal of Climate, 29, 7, p. 2443-2456, doi: 0.1175/JCLI-D-15-0158.1, 2016.

[2] Lu, C., Li, X., Zus, F., Heinkelmann, R., Dick, G., Ge, M., Wickert, J., Schuh, H.,  Improving BeiDou real-time precise point positioning with numerical weather models. - Journal of Geodesy, 91, 9, p. 1019-1029. doi 10.1007/s00190-017-1005-2, 2017.

[3] Zus, F., Dick, G., Heise, S., Wickert, J.: A forward operator and its adjoint for GPS slant total delays. - Radio Science, 50, 5, p. 393-405, doi: 10.1002/2014RS005584, 2015.

[4] Kačmařík, M., Douša, J., Dick, G., Zus, F., Brenot, H., Möller, G., Pottiaux, E., Kapłon, J., Hordyniec, P., Václavovic, P., and Morel, L.: Inter-technique validation of tropospheric slant total delays, Atmos. Meas. Tech., 10, 2183-2208, doi: 10.5194/amt-10-2183-2017, 2017.

[5] Ning, T., Wang, J., Elgered, G., Dick, G., Wickert, J., Bradke, M., Sommer, M.: The uncertainty of the atmospheric integrated water vapour estimated from GNSS observations. - Atmospheric Measurement Techniques, 9, p. 79-92, doi: 10.5194/amt-9-79-2016, 2016.

[6] Alshawaf, F., Balidakis, K., Dick, G., Heise, S., and Wickert, J.: Estimating trends in atmospheric water vapor and temperature time series over Germany, Atmos. Meas. Tech., 10, 3117-3132, doi.org/10.5194/amt-10-3117-2017 [doi.org], 2017.

[7] Li, X., Ge, M., Dai, X., Ren, X., Fritsche, M., Wickert, J., Schuh, H.: Accuracy and reliability of multi-GNSS real-time precise positioning: GPS, GLONASS, BeiDou, and Galileo. - Journal of Geodesy, 89, 6, p. 607-635, 2015.

[8] Zus, F., Deng, Z., Heise, S., Wickert, J.: Ionospheric mapping functions based on electron density fields. - GPS Solutions, 21, 3, p. 873-885, doi: 10.1007/s10291-016-0574-5, 2017.

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