Radiate ORD

In der Troposphäre (streng genommen in der neutralen Atmosphäre bis 80 Kilometer Höhe) sind die Signale der Globalen Satellitennavigationssysteme (GNSS) wie des amerikanischen Global Positioning System(GPS) oder deseuropäischenSystemsGalileolangsamerals Lichtgeschwindigkeit. Falls man diese troposphärischen Verzögerungen nicht korrigiert, werden die Distanzen zwischen Stationen auf der Erde und den GNSS Satelliten um bis zu 20 Meter zu lang geschätzt und die Positionsgenauigkeit wird dementsprechend verschlechtert. Generell führen Fehler im Modell für die troposphärischen Laufzeitverzögerungen zu Fehlern in den Stationskoordinaten. Dadurch wird nicht nur die Navigation beeinflusst, welche oft nur Dezimeter- oder Metergenauigkeit anstrebt, sondern auch die Realisierung von globalen terrestrischen Referenzrahmen, welche Millimetergenauigkeit benötigt, zum Beispiel für die exakte Bestimmung des Meeresspiegelanstiegs. Die Technische Universität Wien (TU Wien) ist weltweit bekannt für die Erzeugung und Verbreitung der genauesten globalen Modelle für die troposphärischen Laufzeitverzögerungen. Diese Modelle beinhalten die Vienna Mapping Functions (VMF1), welche aus operationellen Daten des European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) bestimmt werden und für bestimmte geodätische Stationen und globale Gitter mit einer zeitlichen Auflösung von sechs Stunden zur Verfügung gestellt werden, sowie empirische Modelle wie die Global Mapping Functions (GMF) und Modelle der Global Pressure and Temperature (GPT) Serie, die keine weiteren Eingabeparameter brauchen. Das Hauptaugenmerk des Projekts Radiate ORD als Einreichung beim Call für "Open Research Data Initiatives" des Österreichischen Wissenschaftsfonds (FWF) wird darauf gelegt, dass das bestehende Service so angepasst und erweitert wird, dass es vollständig den Richtlinien der Open Access Strategie entspricht. Daher beschäftigt sich Radiate ORD mit der Konsolidierung und Verfestigung aller Prozesse, die notwendig sind, um die wissenschaftlichen Daten verlässlich zu erzeugen und entsprechend der Open Access Richtlinien zur Verfügung zu stellen. Auf technischer Seite beinhaltet das die Verbesserung und Modernisierung des Ablaufs mit stabilen Backup-Einrichtungen. Außerdem muss der Zugang zum Repositorium an der TU Wien verbessert werden, indem Metadaten hinzugefügt werden und klare Strategien zur Versionsverwaltung und zum Updaten der Daten entwickelt werden. Darüber hinaus werden wir die Möglichkeit untersuchen, die Erzeugung der VMF1 Daten vollständig auf die Systeme des ECMWF zu verlagern, entweder mittels Berechnung a posteriori aus archivierten Daten oder auch als reguläre Parameter der operationellen Berechnungsabläufe des ECMWF. Außerdem werden wir Webtools zur Verfügung stellen, damit interessierte Benutzer unser Stahlverfolgungsprogramm für beliebige Beobachtungen nutzen können, und wir werden die Koeffizienten der VMF1 auch für Satellite Laser Ranging (SLR) bestimmen, damit eine konsistente Modellierung zwischen den optischen und Mikrowellenverfahren möglich ist.

Elektromagnetische Signale von Satelliten oder von weit entfernten Quasaren werden auf ihrem Weg durch die Atmosphäre der Erde verzögert und gekrümmt. Dies ist unter anderem abhängig vom Wassergehalt in den jeweiligen Schichten der Troposphäre. Die Daten aus Numerischen Wettermodellen sind bestens geeignet, um diese Verzögerung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Mittels Strahlverfolgung (ray-tracing) können die meteorologischen Daten aus den Wettermodellen in die entsprechenden troposphärischen Verzögerungen von elektromagnetischen Signalen umgewandelt werden. Weiters dienen sogenannte Mappingfunktionen und Gradientenmodelle dazu, die troposphärische Verzögerung auf beliebigen Elevations- und Azimutwinkel herunterzubrechen. Mappingfunktionen und Gradientenmodelle können aus verschiedenen Quellen erstellt werden, jene auf Basis von numerischen Wettermodelldaten gelten allerdings als die genauesten Vertreter ihrer Art. Die Forschungsgruppe Höhere Geodäsie der TU Wien spielt seit Jahren eine führende Rolle in der Berechnung und Bereitstellung solcher Modelle. Der zentrale Punkt des Projektes ist, wie der Name ORD = Open Research Data bereits verlautbart, die öffentliche und freie Bereitstellung aller Daten und Codes. Zu diesem Zweck haben wir die Homepage http://vmf.geo.tuwien.ac.at ins Leben gerufen, über welche wir die Gesamtheit der Troposphärenprodukte unserer Forschungsgruppe zum freien Download anbieten. ImZuge des VorgängerprojektesRadiate VLBI wurden das Strahlverfolgungsprogramm RADIATE, die Modelle Vienna Mapping Functions 3 (VMF3) und Global Pressure and Temperature 3 (GPT3) sowie das Gradientenmodell GRAD entwickelt. Diese nutzen Numerische Wettermodelle des European Centre for Medium-range Weather forecasts (ECMWF) und können für weltraumgeodätische Messtechniken wie GNSS, VLBI oder DORIS verwendet werden. Im Zuge des aktuellen Projektes RADIATE ORD wurden diese Modelle zunächst einer eingehenden Analyse unterzogen, und dann der Öffentlichkeit über unserer Homepage zur Verfügung gestellt. Durch automatisierte Abläufe werden täglich die aktuellsten Modellkoeffizienten berechnet und auf der Homepage zum Download bereitgestellt. Mit Stand August 2019 verzeichnen wir rund 400 Besucher und eine durchschnittliche Downloadmenge von 30 GB pro Tag. Weiters wurde ein Modell für troposphärische Verzögerungen auf optischen Wellenlängen, wie sie für Satellite Laser Ranging (SLR) verwendet werden, namens Vienna Mapping Functions 3 for optical wavelenghts (VMF3o) entwickelt. Für die Berechnung der Modellkoeffizienten von VMF3o wurde das Programm RADIATE um eine Funktionalität für Strahlverfolgung im optischen Wellenlängenbereich erweitert und VMF3o in die automatisierten, täglichen Abläufe mit eingebunden. Zusätzlich haben wir im Sinne der open data Richtlinie den umfangreichen Quellcode unseres Strahlverfolgungsprogramms RADIATE frei zur Verfügung gestellt als auch den Nutzern eine einfache Möglichkeit geboten, für eine beliebige Beobachtungsgeometrie die troposphärische Verzögerung automatisch berechnen zu lassen.Außerdem wurde in diversen Publikationen gezeigt, dass die Anwendung der Modelle VMF3 und GRAD sowie der ray-traced delays zu Verbesserungen in den Zielprodukten von VLBI führt.