Bestimmung des Flüssigwasserpfades auf See mit Hilfe der passiven Mikrowellenradiometrie

Zoll, Yann Michael

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Bestimmung des Wolkenflüssigwasserpfades aus passiven Messungen der thermischen Ausstrahlung der Atmosphäre. Die verwendeten Daten stammen von Expeditionsfahrten mit dem Forschungsschiff Polarstern im Rahmen des Projekts OCEANET. Der gesamte Prozess der Fernerkundung, von der Vorbereitung, Durchführung der Messungen, über die Nachbearbeitung der Daten inklusive des Retrievalerstellungsprozesses, bis hin zur Validierung und Auswertung der Ergebnisse wurde einer kritischen Prüfung unterzogen und zum Teil gegenüber früheren Verfahren verbessert. Es wurde ein Retrieval auf der Basis von Reanalysedaten entwickelt, dass sich von der bis dahin üblichen regionalen Einschränkung löst und damit nahtlose Fernerkundung auf der kompletten Fahrt über den Atlantik ermöglicht. Dabei erreicht es mit 20 g/m^2 gleiche Fehlerwerte wie aktuelle Retrieval für Landstationen bzw. kleinere Fehlerwerte als die bisher genutzten Retrieval für den Einsatz auf See. Mit der erfolgreichen Nutzung von Reanalysedaten im Trainingsprozess wurde die Retrievalerstellung von der Beschränkung auf Radiosondendatensätze befreit. Die gewonnenen Daten wurden ausgiebig mit Klimatologie und Modellergebnissen verglichen und trotz der geringen Anzahl an Expeditionen und damit statistisch unabhängigen Informationen wurden nur geringe Unterschiede festgestellt. Gerade im Bereich der Subtropen, wo flache Grenzschichtbewölkung dominiert, liegen die festgestellten Differenzen im Bereich der Retrievalfehler. Jedoch zeigt sich gerade hier, dass die gewonnenen Daten, im Vergleich zur Klimatologie noch durch Ausreißer auf synoptischen Skalen kontaminiert sind. Es wird erwartet, dass die Übereinstimmungen größer werden, wenn weitere Expeditionsdaten in die Datenbasis einfließen. Abschließend wurden die Bodendaten als Referenz für die Validierung satellitengestützter Fernerkundung verwendet. Die CM-SAF verwendet Meteosat-SEVIRI-Strahldichten für die 15-minütige Bestimmung des Flüssigwasserpfades. Auch hier zeigt der Vergleich gute bis sehr gute Übereinstimmung, jedoch wird gezeigt, dass in vielen Fällen der Vergleich zwischen den zeitlichen Boden- und den räumlichen Satellitenmitteln nur bedingt möglich ist. Für die Beurteilung der Güte dieser Vergleiche benötigt man Informationen über Art und Verteilung der Bewölkung.

The present work describes the determination of the cloud liquid water path from passive measurements of the thermal radiation of the atmosphere. The data used came from expedition cruises aboard the research vessel Polarstern within the project OCEANET. The whole process of remote sensing, from the preparation and execution of the measurements, the processing of the data, including the retrieval creation process, to validation and evaluation of the results has been reviewed and improvements have been found. A new retrieval has been created based on reanalysis data, that breaks away from the up to now usual geographical restriction and thus allows seamless remote sensing on the entire trip across the Atlantic. This is achieved while reducing the error to 20 g/m^2 wich is comparable to current retrievals for shore stations and better than error values of previously used retrievals for remote sensing at sea. Due to the successful use of reanalysis data in the training process, the creation of retrievals was freed from the restriction on radiosonde data sets. The data obtained was extensively compared with climatology and model results, and despite the small number of expeditions, and thus statistically independent information, only minor differences were found. Especially in the subtropics, where shallow boundary layer clouds dominates, the observed differences are in the range of the retrieval error. But it's particularly evident in this area, that, compared with the climatology, the obtained data is still contaminated due to outliers on synoptic scales. It is expected that the matches further improves, when more expedition data is included in the data base. Finally, the gathered data is used as a reference for the validation of satellite remote sensing. The CM-SAF uses Meteosat-SEVIRI radiances for the determination of the liquid water path. Here too, the comparison shows a good to very good agreement. However in some cases, the temporal mean from ground measurements and the spatial mean from the satellite can't be compared strait forward. So to assess the quality of these comparisons, one needs information about the type and distribution of the clouds.

Zitieren

Zitierform:

Zoll, Yann: Bestimmung des Flüssigwasserpfades auf See mit Hilfe der passiven Mikrowellenradiometrie.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Keine CC Lizenz (es gilt das deutsche Urheberrecht)

Export