Bestimmung und Analyse des atmosphärischen Wasserdampfgehaltes aus globalen GPS-Beobachtungen einer Dekade mit besonderem Blick auf die Antarktis
Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre gehört zu den Hauptkontrolleuren des Treibhauseffektes und spielt eine Schlüsselrolle im globalen Energiekreislauf, wobei den Polargebieten als globale Wärmesenken eine besondere Bedeutung zukommt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aus Messungen des Global Positionin...
| Main Author: | |
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| Other Authors: | , , |
| Format: | Doctoral or Postdoctoral Thesis |
| Language: | German |
| Published: |
Technische Universität Dresden
2008
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-ds-1199897148238-94043 https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A24022 https://tud.qucosa.de/api/qucosa%3A24022/attachment/ATT-0/ |
| Summary: | Der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre gehört zu den Hauptkontrolleuren des Treibhauseffektes und spielt eine Schlüsselrolle im globalen Energiekreislauf, wobei den Polargebieten als globale Wärmesenken eine besondere Bedeutung zukommt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde aus Messungen des Global Positioning System (GPS) der integrierte Wasserdampfgehalt innerhalb der letzten Dekade bestimmt und analysiert. Die Untersuchungen stützen sich auf die Reprozessierung eines aus 195 Stationen bestehenden globalen GPS-Netzes. Die aus den geschätzten GPS-Troposphärenparameter bestimmten Wasserdampf- zeitreihen wurden hinsichtlich Genauigkeit und Homogenität untersucht. Nach Korrektion der Inhomogenit äten ist es möglich, mit GPS mehrjährige Schwankungen im potenziellen Niederschlagswasser mit einer Genauigkeit besser als 0,3 mm Höhe der Wassersäule zu erfassen. Als Ergebnis der Untersuchungen zeigen sich in Europa und großen Teilen Nordamerikas Anomalien des Wasserdampfgehaltes im Bereich eines Millimeters, welche sich vor allem auf thermodynamische Effekte zurückführen lassen. In den Tropen und im Südosten der USA können die Wasserdampfanomalien 3 bis 5 mm betragen. Sie sind durch dynamische Prozesse bedingt, die mit der Südlichen Oszillation im Zusammenhang stehen. Eine Anwendung der aus GPS-Beobachtungen bestimmten Wasserdampfzeitreihen ist die Validierung des Wasserdampfes im globalen Wettervorhersagemodell des National Center for Environmental Predicton (NCEP). Über Europa und großen Teilen Nordamerikas reproduziert NCEP die Schwankungen des Wasserdampfgehaltes sehr gut und stellt damit eine gute Datengrundlage für ?ächendeckende Untersuchungen langfristiger Veränderungen im Wasserdampfgehalt dar. In der Antarktis und den Tropen wird jedoch das saisonale und mehrjährige Signal des Wasserdampfes von NCEP um 25% bis 40% unterschätzt. Als zweite Anwendung der GPS-Wasserdampfzeitreihen erfolgt die Validierung satellitenbasierter Radiometermessungen über der Antarktis. Sie zeigt eine gute Übereinstimmung der Wasserdampfwerte aus GPSund Radiometermessungen. Die im Rahmen dieser Arbeit aus GPS-Beobachtungen bestimmten Wasserdampfzeitreihen bilden eine sehr gute Datengrundlage für weitergehende Untersuchungen der Wetter- und Klimaforschung. The atmospheric water vapour is one of the main variables controlling the greenhouse effect and it plays a crucial role in the global energy cycle. In this context the polar regions which act as global heat sinks are especially important. This study uses observations from the Global Positioning System (GPS) to investigate changes of the integrated atmospheric water vapour. It is based on a reprocessing of a global GPS network consisting of 195 stations. A strong emphasis was placed on the investigation of the accuracy and the homogeneity of the GPS derived water vapour time series. After correcting the inhomogeneities interannual ?uctuations in the precipitable water can be determined from GPS data with an accuracy of 0.3 mm in water column height. As a result, the interannual variations in the water vapour content are in the order of one millimetre over Europe and over large areas of North America. They are mainly related to thermodynamic effects. In the tropics and in the south east of the USA water vapour anomalies can reach 3 to 5 mm caused by dynamic processes connected to the Southern Oscillation. As one application of the estimated GPS water vapour time series a validation of water vapour from the global numerical weather prediction model of the National Center for Environmental Prediction (NCEP) was carried out. Over Europe and large parts of North America the seasonal signal and the interannual variations of the water vapour are very well reproduced by NCEP. Hence, in these regions NCEP presents a good database for area-wide investigations of long-term changes in the water vapour content. However, in Antarctica and in the Tropics the seasonal and also the interannual signals of the NCEP water vapour are strongly underestimated by 25% to 40%. A second application of the estimated GPS water vapour time series is the validation of satellite-based radiometer measurements over Antarctica. A good agreement was found between the water vapour derived from GPS and radiometer data. The water vapour time series estimated in this study provide a good basis for further weather and climate related investigations. |
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