Empirische Modelle für die troposphärische Laufzeitverzögerung bei geodätischen Weltraumverfahren

Abstract

Zur Auswertung der Beobachtungen geodätischer Weltraumverfahren wie GNSS (Global Navigation Satellite Systems) und VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ist die Bestimmung troposphärischer Laufzeitverzögerungen unerlässlich. Im Speziellen werden Werte für die hydrostatischen Laufzeitverzögerungen in Zenitrichtung - berechnet aus den Druckwerten an den Stationen - und die hydrostatischen und feuchten Projektionsfunktionen an den Stationen benötigt. In dieser Diplomarbeit wird ein neues empirisches Modell, genannt GPT2, vorgestellt, welches die bestehenden Modelle GPT (Global Pressure and Temperature) und GMF (Global Mapping Function) ablösen soll. Eingangsparameter sind die Stationskoordinaten sowie das modifizierte Julianische Datum. Basierend auf den meteorologischen Daten des numerischen Wettermodells (NWM) ERA-Interim des European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) werden Mittelwerte sowie jährliche und halbjährliche Variationen von Druck, Temperatur, Feuchte und Temperaturgradienten bestimmt. Die Koeffizienten der Vienna Mapping Function (VMF1) werden in analoger Weise behandelt. Die Wahl der horizontalen Auflösung (5° x 5°) und des Interpolationsverfahrens zwischen den Gitterpunkten (bilineare Interpolation) erfolgt durch Vergleiche verschiedener Auflösungen und Interpolationsmethoden. GPT2 wird mit dem bestehenden Modell GPT verglichen, wobei sich die größten Unterschiede in resultierenden Stationshöhen (max. 8.4 mm, 95% unter 2 mm) in der Antarktis, an den Küsten sowie in Gebirgen befinden. Ein Vergleich von GPT2 mit in-situ Druckbeobachtungen bestätigt, dass GPT2 eine Verbesserung gegenüber dem bestehenden Modell GPT darstellt, und für die Bestimmung von Laufzeitverzögerungen bei geodätischen Weltraumverfahren verwendet werden kann.<br />

For processing geodetic space observations such as GNSS (Global Navigation Satellite Systems) and VLBI (Very Long Baseline Interferometry) the determination of tropospheric delays is essential.<br />In particular values for the hydrostatic zenith delays - calculated from the pressure at the station - and the hydrostatic and wet mapping functions are required. In this thesis, a new empirical model called GPT2 is presented, which should replace the existing models GPT (Global Pressure and Temperature) and GMF (Global Mapping Functions). Input parameters are the coordinates of the site and the modified Julian date. Based on the meteorological data of the numerical weather model (NWM) ERA-Interim of the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) the mean as well as the annual and semi-annual variations of pressure, temperature, humidity and temperature gradient are determined.<br />The coefficients of the Vienna Mapping Functions (VMF1) are treated in a similar manner. The choice of the horizontal resolution (5 x 5) and the interpolation method between the grid points (bilinear interpolation) is taken by comparing different resolutions and interpolation methods. GPT2 and the existing model GPT are compared and the greatest differences of resulting station heights (max. 8.4 mm, around 95% below 2 mm) are at the Antartica, at the coasts and in the mountains. A comparison of GPT2 with in-situ pressure observations confi rms that GPT2 is an improvement over GPT, and can be used for the determination of troposphere delays in geodetic techniques.