ASTRID

Assimilation der Satellitentemperatur in Wettermodellen

Kurzbeschreibung

Die Erdoberflächentemperatur ist eine wichtige Kenngröße in der Physik von Bodenprozessen und spielt damit eine zentrale Rolle im Energie- und Wasserkreislauf zwischen Boden und Atmosphäre. Und obwohl dieser Parameter im Schnittpunkt verschiedener Fachrichtungen wie Meteorologie, Klimatologie, Hydrologie und Agrarwissenschaften steht, gibt es hierfür derzeit keine hochauflösenden, modellbasierten Daten in Echtzeit. Was jedoch verfügbar ist, sind Satellitendaten der Erdoberflächentemperatur.

Globale Produkte in Echtzeit, jedoch mit geringer räumlicher Auflösung werden zum Beispiel via Copernicus Global Land angeboten, und mit dem Betrieb von Sentinel-3 (aktueller Starttermin 3A: 10. Dezember 2015, 3B 18 Monate nach 3A) stehen in naher Zukunft Echtzeitdaten mit extrem hoher räumlicher, dafür geringer zeitlicher Auflösung für Europa bereit.

Projekt Ziel

Das Ziel des Projektes ist es nun, die erwähnten Satellitendatenquellen mit Modellen zu verknüpfen, um die Vorteile beider Welten – hohe zeitliche, räumliche und lückenlose Auflösung auf einem regelmäßigen Gitter im Modell vs. relativ direkte Messung des tatsächlichen, aktuellen Zustandes - zu verbinden. Um den unterschiedlichen Anforderungen potentieller Nutzer gerecht zu werden, werden zwei Ansätze verfolgt, um die Kombination durchzuführen.

Erstens wird ein Assimilationsverfahren entwickelt, um die Satellitenmessungen im Bodenmodell SURFEX (Surface Externalisée) verwenden zu können. Methodisch wird es sich dabei um einen Kalman Filter handeln. Die damit erzeugten Analysen der Bodentemperatur werden für die Erstellung von Wetterprognosen im konvektionsauflösenden Lokalmodell AROME verwendet.

Der zweite Ansatz ist die Verknüpfung von AROME Prognosefeldern und kombinierten Satellitendaten im Analysemodell INCA. Während das Prognosemodell nur 8-mal pro Tag ein Update erfährt, wird das Analysemodell stündlich mit zusätzlichen neuen Messwerten, sei es von Satelliten oder aus Bodenmessungen, aktualisiert werden. Dies wird mit einem Ensemble-Ansatz passieren, um eine Unsicherheitsabschätzung der Ergebnisse liefern zu können.

Unter Verwendung der beiden Modelle soll am Ende des Projektes eine getestete und einsatzbereite Prozesskette zur Verfügung stehen, die ausgehend von den Level-1-Daten von Sentinel-3 sowie MSG-Daten Level-4-Produkte der Erdoberflächentemperatur in Echtzeit zur Verfügung stellen kann.

Mit einer geplanten räumlichen Auflösung von 1 Kilometer (für Österreich) und einer zeitlichen Auflösung von 1 Stunde wird dieses Produkt neue Maßstäbe setzten und als Anknüpfungspunkt zu zahlreichen anderen Forschungsrichtungen verfügbar sein.

Projektbeteiligte

Projektleitung

ZAMG - Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

Kontaktadresse

Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)
Hohe Warte 38
A-1190 Wien
Tel.: +43 (1) 36 0 26
Fax: +43 (1) 369 12 33
E-mail: dion@zamg.ac.at