AROSA

Ausgangssituation / Motivation

Österreich ist aufgrund seiner komplexen Orographie, vielfältiger Naturräume, den speziellen wetterinduzierten Naturgefahren im alpinen Gelände sowie den wichtigen aber stark wetterabhängigen Wirtschaftszweigen Tourismus und Landwirtschaft auf qualitativ hochwertige, räumlich hochaufgelöste Wettervorhersagen in hohem Maße angewiesen. Aufgrund der nichtlinearen Vorgänge in der Atmosphäre hängt deren Erfolg entscheidend von der korrekten Definition des dreidimensionalen Atmosphärenistzustands mittels hochaufgelöster Messungen ab.

Inhalte und Zielsetzungen

Bei der Radio-Okkultationsmessung wird aus der Dopplerverschiebung eines Funksignals zwischen Satelliten zur globalen Positionsbestimmung (GNSS) und Empfangssatelliten in einem niedrigen Erdorbit (sogenannte LEOs), das die Erdatmosphäre durchläuft, und den Satellitenpositionen auf die Beugung der Radiowellen geschlossen. Diese wird wiederum von Eigenschaften wie Ionisation in der Hochatmosphäre, und Feuchte und Temperatur der unteren Atmosphäre bestimmt, die so indirekt detektiert werden können. Dabei wird eine hohe vertikale Beobachtungsauflösung im Meterbereich erreicht.

Dies gilt insbesondere auch in höheren Atmosphärenschichten, wo die Zahl konventioneller Beobachtungen (Radiosonden und Flugzeuge) relativ gering ist. Die Anzahl der staatlich betriebenen Messungen ist dabei in jüngster Zeit durch die Alterung und den Ausfall der LEO-Satelliten stark rückläufig, während die in großer Zahl neu gestarteten, privatwirtschaftlich betriebenen Satelliten der Firma Spire Inc zu einer rasch wachsenden Zahl neuer Okkultationsmessungen führen.

Methodische Vorgehensweise

Die Okkultationsmethodik kann neben dem Atmosphärenmonitoring auch zur verbesserten Initialisierung von numerischen Wettervorhersagemodellen genutzt werden wie schon für einige Globalmodelle wie Arpège, GME, ECMWF-IFS, aber auch Ausschnittsmodelle (WRF) gezeigt werden konnte, wobei insbesondere bei höheren Modellauflösungen der verwendete Beobachtungsoperator zur Simulation der Messgröße im Modell für den Erfolg wichtig ist.

Im Rahmen des Projekts sollen die neuen Okkultationsmessungen der Firma Spire Inc erstmalig in das numerische Vorhersagesystem AROME der ZAMG über Österreich assimiliert werden. Dazu müssen die Daten zunächst für das Modell aufbereitet werden (Herleitung des "bending angles", Überprüfung der Datenqualität mittels passiver Assimilation und Vergleich mit dem Modellhintergrund). Für die Assimilation steht derzeit ein 2D-"Bending Angle"-Beobachtungsoperator zur Verfügung, welcher für gröbere Modellauflösungen entwickelt wurde.

Erwartete Ergebnisse

Im Projekt soll eruiert werden inwieweit eine Verbesserung des Beobachtungsoperators für höhere Auflösungen möglich ist und welche Arbeitsschritte dazu erforderlich wären. Anhand von Fallstudien und einer Testperiode soll mittels eines Referenzlaufs ohne Radiookkultationsassimilation der Einfluss der neuen Beobachtungen auf das Modell abgeschätzt und die Möglichkeit einer zukünftigen operationellen Nutzung ausgelotet werden. Durch Ausdünnung der übrigen Beobachtungen soll auch der Einfluss auf die Vorhersage in datenärmeren Regionen außerhalb Europas abgeschätzt werden.

Projektleitung

ZAMG - Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

Projektpartner:innen

Universität Graz - Wegener Center für Klima und Globalen Wande

ZAMG-Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik
Dr. Stefan Schneider
Hohe Warte 38
A-1190 Wien