Das Projekt "Benchmark-Klimatologien mittels Radiookkultation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Graz, Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel durchgeführt. Genaue und konsistente Langzeit-Daten sind nötig, um Klimavariabilität und Klimawandel detektieren, verstehen, und zuordnen zu können. Unser Wissen über Veränderungen in der freien Atmosphäre ist immer noch begrenzt, da solche Daten bis jetzt nicht in ausreichender Qualität zur Verfügung stehen. Eine neue Datenquelle, mittels der man einige Probleme von etablierten Methoden überwinden kann, ist die Radiookkultations-Methode (RO). Mit ihr ist es im Prinzip möglich, eine absolute Referenz ('Benchmark') für die obere Troposphäre und untere Stratosphäre (engl. UTLS) zu erstellen, da die Daten auf einer Zeitmessung basieren, und damit an die internationale Definition der Sekunde gebunden sind. Tatsächlich konnten wir in früheren Arbeiten zeigen, dass RO Klimatologen von unterschiedlichen Satelliten erstaunlich gut übereinstimmen (besser als 0.1 K). Der Wert von RO Daten für die Klima-Beobachtung wird zunehmend erkannt, es existieren aber auch Bedenken, dass es systematische Fehler geben könnte, die Daten von unterschiedlichen Satelliten gemein sind. Wir haben eine Liste solcher möglicher systematischen Fehler zusammengestellt, und werden diese genau analysieren. Das wird zu einem besseren Verständnis dieser (kleinen) Restfehler führen, und es erlauben, sie zu vermeiden oder zu entfernen, oder aber, sie genau zu charakterisieren, falls sie unvermeidbar sind. Wir werden diese Erkenntnisse nützen, um die Methode zur Gewinnung von RO Daten zu verfeinern, und damit RO Klimatologien der Parameter Brechungswinkel, Refraktivität, Dichte, Druck, Geopotentielle Höhe und Temperatur in der UTLS, mit bisher unerreichter Genauigkeit und Konsistenz zu erstellen. Dank ihrer hohen Qualität und einer genauen Fehler-Charakterisierung darf man erwarten, dass diese Daten als absolute Referenz (Benchmark) für globale Klimatologien der UTLS dienen können. Durch die Kombination aus hoher Genauigkeit und guter vertikaler Auflösung eignen sich die Daten auch besonders gut für die Beobachtung von Klimavariabilität und Klimawandel in der UTLS, wie z. B. Änderungen der Tropopausenhöhe, Änderungen der Übergangshöhe zwischen troposphärischer Erwärmung und stratosphärischer Abkühlung, oder Temperaturänderungen, die nach einem größeren Vulkanausbruch zu erwarten sind. Das verbesserte Verständnis der systematischen Fehler wird auch im Bereich der numerischen Wettervorhersage nützlich sein, wo RO Daten jetzt schon mit Erfolg assimiliert werden. usw.
Das Projekt "Klimatrends und Modelevaluation mittels Radio-Okkultation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Graz, Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel durchgeführt. Der Nachweis des anthropogenen Klimawandels erfordert hochqualitative Beobachtungsdaten der Erdatmosphäre. Eine besondere Herausforderung ist in diesem Zusammenhang die Erforschung der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (engl. UTLS), eine Region die sensibel auf Klimaänderungen reagiert. Unterschiedliche Temperaturtrends von verschiedenen Datensätzen waren Gegenstand zahlreicher Diskussionen und eine Annäherung wurde erst kürzlich erzielt. Neu homogenisierte Radiosondendaten sowie Satellitendaten der Advanced/Microwave Sounding Unit (MSU/AMSU) zeigen nun fundamentale Übereinstimmung bezüglich einer Erwärmung der Troposphäre und einer Abkühlung der Stratosphäre, konsistent mit Oberflächen- und Klimamodelltrends. Grundlegende Unsicherheiten bestehen jedoch nach wie vor bezüglich der Stärke von Trends in der freien Atmosphäre. In diesem Zusammenhang bietet die Radio-Okkultation (RO) neue Möglichkeiten mittels unabhängiger und sehr genauer Beobachtungen in der UTLS mit globaler Bedeckung, Allwettertauglichkeit, Langzeitstabilität und Homogenität. RO Daten basieren auf Zeitmessung mit hochgenauen Atomuhren gebunden an die internationale Definition der Sekunde und können daher als absolute Klimareferenzdaten angesehen werden. Klimaparameter werden mit hoher vertikaler Auflösung und hoher Genauigkeit gewonnen. Beobachtungs- und Abtastfehler sind gut definiert. RO Klimatologien für Brechungswinkel, Refraktivität, geopotentielle Höhe, Temperatur, und spezifische Feuchte sind als Indikatoren einer Klimaänderung sehr gut geeignet. Da die RO Zeitreihe noch relativ kurz ist, konnte deren Langzeiteignung bis jetzt noch nicht demonstriert werden. Von einer mind. 10 Jahre langen Zeitreihe im Jahr 2011 erwartet man sich jedoch detektierbare Trends. Hauptziel des Projektes TRENDEVAL sind die Untersuchung und Bewertung von Klimatrends in der UTLS basierend auf einer neuen RO Klimazeitreihe sowie Detektion und Ursachenzuweisung eines Klimasignals und die Evaluierung von Klimamodellen. Ein Vergleich von RO Klimatologien, die von den fünf führenden internationalen RO Prozessierungszentren zur Verfügung gestellt werden, wird durchgeführt um strukturelle Unsicherheiten im Datensatz zu quantifizieren und die Qualität und Reproduzierbarkeit von Ergebnissen zu bewerten. Der so erstellte RO Klimadatensatz inklusive vollständiger Fehlercharakterisierung wird mit konventionellen Atmosphärenbeobachtungen - aktuellen Radiosonden- und MSU/AMSU Datensätzen - verglichen um offene Fragen bezüglich UTLS Trends zu klären. Der Nachweis eines Klimaänderungssignals unter Berücksichtigung der atmosphärischen Variabilität wird mit der 'optimal fingerprinting' Methode durchgeführt. Die Ursachenzuweisung von anthropogenem und natürlichem Klimawandel wird auch zur Modellevaluierung verwendet. Schwerpunkt der Evaluierung ist die Untersuchung von Wasserdampf und Temperaturgradienten der tropischen oberen Troposphäre in Klimamodellen verglichen mit RO Daten. usw.
Das Projekt "AROSA: Assimilation of radio occultation from commercial satellites over Austria" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik durchgeführt. Österreich ist aufgrund seiner komplexen Orographie, vielfältiger Naturräume, den speziellen wetterinduzierten Naturgefahren im alpinen Gelände sowie den wichtigen aber stark wetterabhängigen Wirtschaftszweigen Tourismus und Landwirtschaft auf qualitativ hochwertige, räumlich hochaufgelöste Wettervorhersagen in hohem Maße angewiesen. Aufgrund der nichtlinearen Vorgänge in der Atmosphäre hängt deren Erfolg entscheidend von der korrekten Definition des dreidimensionalen Atmosphärenistzustands mittels hochaufgelöster Messungen ab. Bei der Radio-Okkultationsmessung wird aus der Dopplerverschiebung eines Funksignals zwischen Satelliten zur globalen Positionsbestimmung (GNSS) und Empfangssatelliten in einem niedrigen Erdorbit (sogenannte LEOs), das die Erdatmosphäre durchläuft, und den Satellitenpositionen auf die Beugung der Radiowellen geschlossen. Diese wird wiederum von Eigenschaften wie Ionisation in der Hochatmosphäre, und Feuchte und Temperatur der unteren Atmosphäre bestimmt, die so indirekt detektiert werden können. Dabei wird eine hohe vertikale Beobachtungsauflösung im Meterbereich erreicht. Dies gilt insbesondere auch in höheren Atmosphärenschichten, wo die Zahl konventioneller Beobachtungen (Radiosonden und Flugzeuge) relativ gering ist. Die Anzahl der staatlich betriebenen Messungen ist dabei in jüngster Zeit durch die Alterung und den Ausfall der LEO-Satelliten stark rückläufig, während die in großer Zahl neu gestarteten, privatwirtschaftlich betriebenen Satelliten der Firma Spire Inc zu einer rasch wachsenden Zahl neuer Okkultationsmessungen führen. Die Okkultationsmethodik kann neben dem Atmosphärenmonitoring auch zur verbesserten Initialisierung von numerischen Wettervorhersagemodellen genutzt werden wie schon für einige Globalmodelle wie Arpège, GME, ECMWF-IFS, aber auch Ausschnittsmodelle (WRF) gezeigt werden konnte, wobei insbesondere bei höheren Modellauflösungen der verwendete Beobachtungsoperator zur Simulation der Messgröße im Modell für den Erfolg wichtig ist. Im Rahmen des Projekts sollen die neuen Okkultationsmessungen der Firma Spire Inc erstmalig in das numerische Vorhersagesystem AROME der ZAMG über Österreich assimiliert werden. Dazu müssen die Daten zunächst für das Modell aufbereitet werden (Herleitung des 'bending angles', Überprüfung der Datenqualität mittels passiver Assimilation und Vergleich mit dem Modellhintergrund). Für die Assimilation steht derzeit ein 2D-'Bending Angle'-Beobachtungsoperator zur Verfügung, welcher für gröbere Modellauflösungen entwickelt wurde. Im Projekt soll eruiert werden inwieweit eine Verbesserung des Beobachtungsoperators für höhere Auflösungen möglich ist und welche Arbeitsschritte dazu erforderlich wären. Anhand von Fallstudien und einer Testperiode soll mittels eines Referenzlaufs ohne Radiookkultationsassimilation der Einfluss der neuen Beobachtungen auf das Modell abgeschätzt und die Möglichkeit einer zukünftigen operationellen Nutzung ausgelotet werden. (Text gekürzt)
Das Projekt "Klimamonitoring mit Radio-Okkultationsdaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Graz, Wegener Zentrum für Klima und Globalen Wandel durchgeführt. Die Bereitstellung genauer, langzeit-stabiler Messdaten wurde vom Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) im Report des Jahres 2001 als eine der Aktionen höchster Priorität für die zukünftige Klimabeobachtung definiert. Bis jetzt war es nicht möglich, Trends in der Atmosphärentemperatur mit Satellitendaten in überzeugender Genauigkeit zu bestimmen. Radio-Okkultationsdaten (RO), die mittels Signalen von Navigationssatelliten (GNSS - Global Navigation Satellite System) gewonnen werden, haben das Potential, die Probleme traditioneller Datenquellen zu lösen. Die besondere Eignung für die Klimabeobachtung resultiert aus der einzigartigen Kombination aus hoher Genauigkeit, hoher vertikaler Auflösung, Langzeit-Stabilität, globaler Bedeckung und Allwetter-Tauglichkeit. Die Eignung zur Klimabeobachtung wurde durch Simulationsstudien und klimatologische Analysen echter Daten nachgewiesen. CLIMROCC verwendet RO Daten der Okkultationssensoren auf den Satelliten CHAMP, SAC-C, MetOp (Start geplant für April 2006) und COSMIC (Start geplant für März 2006). Mit ihnen werden genaue, validierte Monats-, Saison- und Jahresklimatologien von Temperatur, Geopotentieller Höhe, Feuchte und Refraktivität in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) mit einer horizontalen Auflösung von ca. 500 - 1500 km berechnet. Diese Arbeit baut auf existierenden Einzelsatelliten-Klimatologien von CHAMP auf, der erstmals die Möglichkeit bot, solche Klimatologien zu bilden. Zurzeit werden Temperaturfelder für die Jahre 2002-2005 berechnet; das Projekt wird Ende 2005 abgeschlossen sein. Durch Hinzunahme weiterer Klimaparameter und Ausweitung auf Multisatelliten-Klimatologien, mithilfe der Daten von COSMIC und MetOp, die eine noch höhere Qualität versprechen, zielt CLIMROCC darauf ab, einen neuen Standard für Referenz- Klimatologien in der UTLS Region zu setzen. Die Klimatologien werden modellunabhängig durch statistische Flächenmittelung berechnet, zusammen mit sorgfältigen Abschätzungen der Beobachtungs- und Repräsentativitätsfehler. Sie werden einerseits mit Analysefeldern der führenden Wettervorhersagezentren validiert, andererseits werden die Klimatologien unterschiedlicher RO Sensoren untereinander verglichen. Basierend auf diesen klimatologischen Feldern werden Indikatoren für den Klimawandel untersucht. Das übergeordnete Ziel von CLIMROCC ist, die Änderung des Klimas in der UTLS Region mit neuartiger Genauigkeit und Konsistenz zu beobachten, und damit unsere Fähigkeit zu verbessern, Klimavariabilität und Klimawandel zu detektieren, die Ursachen zu verstehen und gute Klimavorhersagen zu berechnen.