Im vergangenen Jahrzehnt hat sich die satellitengestützte GNSS-Radiookkultationstechnik (RO) zu einem Standardverfahren der globalen Atmosphärenfernerkundung entwickelt. GNSS-RO Daten werden weltweit vor allem in der Wettervorhersage und Klimaforschung genutzt [1].

Mit GNSS-RO können genaue und global verteilte Vertikalprofile atmosphärischer Parameter abgeleitet werden, wie Temperatur, Wasserdampf oder auch der Elektronendichte in der Ionosphäre. Spezielle Vorteile der Methode sind dabei Wetterunabhängigkeit, Langzeitstabilität, globale Verfügbarkeit und hohe Genauigkeit verbunden mit einer hohen vertikalen Messauflösung.

GFZ-Wissenschaftler haben die GNSS-RO-Technik wesentlich mitentwickelt und bahnbrechende Beiträge geleistet. Herausragend ist dabei die deutsche CHAMP-Satellitenmission, die vom GFZ koordiniert wurde [2]. CHAMP-Daten wurden weltweit erstmals kontinuierlich und operationell zur Verfügung gestellt und wurden erstmals 2006 für die Verbesserung globaler Wettervorhersagemodelle genutzt. Derzeit werden am GFZ die RO-Daten von GRACE und TerraSAR-X/Tandem-X [2, 3] operationell prozessiert und den weltweit führenden Wetterdiensten zur Verfügung gestellt. Hinzu kommen Untersuchungen mit Metop [4] und FORMOSAT-3/COSMIC [2]. Neue Satellitenprojekte mit GNSS-RO Komponenten unter GFZ-Beteiligung sind GRACE-FO, ATMOSAT, GEROS-ISS [5], und G-TERN [6].

Zusätzlich werden am GFZ die RO-Analyseergebnisse auch als Basis für wissenschaftliche Untersuchungen genutzt, u.a. zu Veränderungen der Temperatur in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre, sowie zur Tropopausendynamik (Klimamonitoring), zur Analyse von Schwerewellen oder zum Auftreten ionosphärischer Störungen (sporadische E-Schichten) jeweils im globalen Maßstab [6, 7, 8, 9]. Wissenschaftler der Arbeitsgruppe GNSS-Radiookkultation arbeiten in verschiedenen DFG-Forschungsprojekten (GISELA, MuSE, StRATEGy) und Programmen (SPARC ATC, Reklim) mit.

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

[1] Anthes, R.A.: Exploring Earth's atmosphere with radio occultation: contributions to weather, climate and space weather. Atmos. Meas. Tech., 4, 1077-1103, doi:10.5194/amt-4-1077-2011, 2011.

[2] Wickert, J., Michalak, G., Schmidt, T., Beyerle, G., Cheng, C. Z., Healy, S. B., Heise, S., Huang, C. Y., Jakowski, N., Köhler, W., Mayer, C., Offiler, D., Ozawa, E., Pavelyev, A. G., Rothacher, M., Tapley, B., Arras, C.: GPS radio occultation: results from CHAMP, GRACE and FORMOSAT-3/COSMIC. - Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, 20, 1, 35-50. 10.3319/TAO.2007.12.26.01(F3C), 2009.

[3] Zus, F., Grunwaldt, L., Heise, S., Michalak, G., Schmidt, T., Wickert, J. (2014): Atmosphere sounding by GPS radio occultation: First results from TanDEM-X and comparison with TerraSAR-X. - Advances in Space Research, 53, 2, p. 272-279, http://doi.org/10.1016/j.asr.2013.11.013

[4] Zus, F., Beyerle, G., Heise, S., Schmidt, T., Wickert, J., Marquardt, C.: Validation of refractivity profiles derived from GRAS raw-sampling data. - Atmospheric Measurement Techniques, 4, 7, 1541-1550. 10.5194/amt-4-1541-2011.

[5] Wickert, J., et al., GEROS-ISS: GNSS REflectometry, Radio Occultation, and  Scatterometry Onboard the International Space Station, IEEE Journal of selected topics in applied Earth observations and Remote Sensing, Vol. 9, Issue: 10, p. 1_30, 10.1109/JSTARS.2016.2614428, 2016.

[6] Wickert, J./Cardellach, E. et al., G-TERN: GNSS Transpolar Earth Reflectometry moNitoring system, Proposal for an Earth Explorer 9 Mission, European Space Agency, 2017.

[7] Schmidt, T., J. Wickert, A. Haser (2010): Variability of the upper troposphere and lower stratosphere observed with GPS radio occultation bending angles and temperatures. Adv. Space Res., 46(2), 150-161, doi:10.1016/j.asr.2010.01.021.

[8] Schmidt, T., P. Alexander, A. de la Torre (2016): Stratospheric gravity wave momentum flux from radio occultations. J. Geophys. Res. Atmos., 121, doi:10.1002/2015JD024135.

[9] Arras, C., and Wickert, J., Estimation of ionospheric sporadic E intensities from GPS radio occultation measurements, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics (2017), doi: 10.1016/j.jastp.2017.08.006.