Projekt:FE Beobachtung 1/TOVS/Datenanalyse

Teilprojekt TOVS

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Die Daten, die durch TOVS ausgegeben werden, können nicht ohne eine vorherige Bearbeitung ausgewertet werden. Die dazu notwendigen Schritte sind für die verschiedenen Messgeräte unterschiedlich und werden im Folgenden dargestellt.

Eingang der TOVS-Daten

Nach dem Erhalt der TOVS-Daten werden diese getrimmt. Das bedeutet, dass nach verschiedensten Kontrollen unerwünschte Aufzeichnungen verworfen werden. Ursachen hierfür sind beispielsweise Aufnahmen nur mit Fehlwerten oder nur Nullwerten.

Nach dieser Eingangskontrolle erfolgt eine Kompaktierung der Daten. Die Speicherung erfolgt in einem effizient binären Format. Zumeist wird eine Indexdatei über das Speicherformat erzeugt, welche für routinierte Anwendungen als Inhaltsverzeichnis dient und somit die Auswertung der Datenmengen erleichtert.

Die von TOVS gemessenen Strahlungswerte werden zur weiteren Nutzung und Bearbeitung in vertikale Profile der virtuellen Temperatur und des Niederschlagswassers umgewandelt. Dafür werden zeitgleiche digitale Werte der HIRS-2-, MSU- und SSU-Messungen in Strahlung umgerechnet, wobei jedoch Korrekturen hinsichtlich der Randeffekte und der Wasserdampfabsorption unternommen werden müssen. Bei den MSU-Messungen müssen zusätzliche Korrekturen bezüglich des Oberflächenemissionsvermögens getroffen werden.

Auswertung der MSU- und HIRS-2-Daten

Bei der Auswertung der MSU- und HIRS-2-Daten wird zunächst eine „klare Spalte“ der thermalen Emission innerhalb eines untersuchten Volumens bestimmt. Dabei wird das jeweilige auf der Erdoberfläche betrachtete Gebiet durch die HIRS-2-Messungen in 63 Felder (6x9), sogenannte FOV (field of view) unterteilt. Jedes dieser Felder wird auf das Vorhandensein von Wolken untersucht. Dies geschieht über den Vergleich von HIRS-2- und MSU-Daten mit zusätzlicher vergleichender Überprüfung der erwarteten und der beobachteten Oberflächentemperatur sowie Albedo.

Wenn mindestens 4 der 63 FOV als wolkenfrei getestet wurden, wird der durch TOVS bestrahlte Bereich als „klar“ definiert. Das Strahlungsprofil stellt das gemittelte Profil der klaren FOV dar.

Werden weniger als 4 FOV als wolkenfrei getestet, wird die N*-Technik angewandt. Diese bestimmt eine äquivalente Strahlung über den N*-Algorithmus (beschrieben von Smith and Woolf (1976) und McMillin and Dean (1982)), indem benachbarte FOV im Zusammenhang betrachtet werden. Die resultierende Strahlung für den Fall der „leichten Bewölkung“ ist das Mittel der durch diesen Algorithmus berechneten und der in den „klaren“ FOV gemessenen Strahlung. Mindestens 4 FOV, klar oder bewölkt, werden für dieses Verfahren benötigt, wobei alle 24 Kanäle der HIRS-2- und MSU-Messungen genutzt werden.

Versagt die Anwendung der N*-Technik, können nur die die MSU-Messungen und die höchst abtastendsten Kanäle verwendet werden, da diese vermutlich nicht einer Wolkenverunreinigung unterliegen. Aus diesen bewölkten Informationen sind keine Wasserdampfinformationen ableitbar.

Auswertung der SSU-Daten

Die SSU-Daten besitzen eine geringere Auflösung als die Daten der HIRS-2- und MSU-Messungen. Sie werden über die Analyse eines globalen Rasters, das durch die Strahlungsauswertungen der HIRS-2- und MSU-Daten aufgestellt werden kann, interpoliert. Durch diese Interpolation können die SSU-Daten zu Temperaturabfragen eingesetzt werden. Die Untergrenze ligt hierbei bei 100 mb.

Kombinierte Auswertung der HIRS-2-, MSU- und SSU-Daten

Nach erfolgreicher Einzelauswertung der durch TOVS erhaltenen Datensätze werden für die „klare Spalte“ vertikale Profile der Temperatur und des Wasserdampfmischungsverhältnisses erstellt. Grundlage für diese statistische Auswertung bilden Koeffizienten, die aus übereinstimmenden Radiosonden- und Strahlungsbeobachtungen abgeleitet und wöchentlich aktualisiert werden. Diese Koeffizienten sind breitengradabhängig, weswegen eine Unterteilung in die Bandbreiten 90°-60° N, 60°-30° S, 30° N-30° S, 30°-6O° N und 60°-90° N erfolgt. Zusätzlich existiert ein Koeffizientensatz für Profilermittlungen über den Ozeanen.

Ergebnisse der TOVS-Messung

Das Produkt dieser Auswerteverfahren besteht aus 15 Werten schichtgemittelter virtueller Temperaturen im Bereich 1000 mb bis 0.4 mb und drei Werten des Niederschlagswassers von 1000 mb bis 300 mb.

Referenzen

• Siri Jodha Singh Khalsa, Ellen J. Steiner, 1988: A TOVS Dataset for the Study of the Tropical Atmosphere Cooperative Institut for Research in Environmental Sciences, Boulder, Colorado [1].