LES2GNSS: Grobstruktursimulation zur Modellierung turbulenter Schwankungen in GNSS Nässeverzögerungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Gael Kermarrec; Professor Dr.-Ing. Harald Schuh
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547859686

Die globale Erwärmung ist mit extremen Wetterereignissen wie Dürren oder intensiven Niederschlägen verbunden. Deren bestmögliche Vorhersagen für die nächsten Minuten bis zu den nächsten Stunden (nowcasting) sollten eine frühzeitige Warnung für die Bevölkerung ermöglichen. Sie basieren auf räumlich und zeitlich hochauflösenden Beobachtungen wie dem Zenith Wet Delay (ZWD) mittels der Global Navigation Satellite Systems (GNSS) mit einem schnellen Aktualisierungszyklus. ZWD steht im Zusammenhang mit dem integrierten Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre und kann Informationen über schnell wechselnde Prozesse in der Atmosphäre wie Wolkenbildung und konvektive Initiierung liefern. Die Schwankungen des ZWD sind mit den turbulenten Prozessen verbunden, die in der unteren Schicht der atmosphärischen Grenzschicht auftreten. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Umverteilung von Spurengasen, Aerosolen, Wärme und Impuls. Die verbesserte Beschreibung dieser Schwankungen wird genauere Parametrisierungen der Turbulenzen in numerischen Wettervorhersagemodellen ermöglichen und somit verlässlichere nowcasts liefern. Auch Radiative Transfer Models, die die Wechselwirkungen von Lichtstreuung und -absorption durch die Atmosphäre simulieren, werden von einem verbesserten Verständnis der Wasserdampf-Schwankungen profitieren, indem sie Luft- und Satellitendaten korrigieren und die Erfassung der atmosphärischen Zusammensetzung ermöglichen. Der spektrale Gehalt des ZWD sollte auch neue Erkenntnisse über die Nicht-Kolmogorov-Turbulenz bieten, die immer noch nicht vollständig verstanden ist. Nicht nur das Wissen über physikalische Prozesse wird von ZWD-Untersuchungen profitieren, sondern auch die stochastische Modellierung von GNSS- oder VLBI-Beobachtungen, die aufgrund der atmosphärischen Wasserdampfturbulenzen korreliert sind. Die einzigartige Kombination von Large Eddy Simulations (LES), präzise abgerufenem ZWD und meteorologischen Beobachtungen wie Radiosondierungen aus dem FESSTVaL-Experiment in Deutschland kann solide Grundlagen für das Verständnis von Wasserdampf-Schwankungen und den damit verbundenen Energiestrukturen liefern. Durch die rigorose Entwicklung neuer innovativer statistischer Schätzer und Retrieval-Methodologien wird das Projekt "LES2GNSS: Large Eddy Simulations zur Modellierung turbulenter Schwankungen in GNSS-Wet-Delay" die Grundlage für die Überwachung von räumlich-zeitlichen Wasserdampf-Schwankungen schaffen und ein Modell validieren, das in Wetter-, Klima- und Luftqualitätsanwendungen verwendet werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Zhiguo Deng