Benchmark-Klimatologien mittels Radiookkultation

Genaue und konsistente Langzeit-Daten sind nötig, um Klimavariabilität und Klimawandel detektieren, verstehen, und zuordnen zu können. Unser Wissen über Veränderungen in der freien Atmosphäre ist immer noch begrenzt, da solche Daten bis jetzt nicht in ausreichender Qualität zur Verfügung stehen. Eine neue Datenquelle, mittels der man einige Probleme von etablierten Methoden überwinden kann, ist die Radiookkultations-Methode (RO). Mit ihr ist es im Prinzip möglich, eine absolute Referenz ("Benchmark") für die obere Troposphäre und untere Stratosphäre (engl. UTLS) zu erstellen, da die Daten auf einer Zeitmessung basieren, und damit an die internationale Definition der Sekunde gebunden sind. Tatsächlich konnten wir in früheren Arbeiten zeigen, dass RO Klimatologen von unterschiedlichen Satelliten erstaunlich gut übereinstimmen (besser als 0.1 K). Der Wert von RO Daten für die Klima-Beobachtung wird zunehmend erkannt, es existieren aber auch Bedenken, dass es systematische Fehler geben könnte, die Daten von unterschiedlichen Satelliten gemein sind. Wir haben eine Liste solcher möglicher systematischen Fehler zusammengestellt, und werden diese genau analysieren. Das wird zu einem besseren Verständnis dieser (kleinen) Restfehler führen, und es erlauben, sie zu vermeiden oder zu entfernen, oder aber, sie genau zu charakterisieren, falls sie unvermeidbar sind. Wir werden diese Erkenntnisse nützen, um die Methode zur Gewinnung von RO Daten zu verfeinern, und damit RO Klimatologien der Parameter Brechungswinkel, Refraktivität, Dichte, Druck, Geopotentielle Höhe und Temperatur in der UTLS, mit bisher unerreichter Genauigkeit und Konsistenz zu erstellen. Dank ihrer hohen Qualität und einer genauen Fehler- Charakterisierung darf man erwarten, dass diese Daten als absolute Referenz (Benchmark) für globale Klimatologien der UTLS dienen kön-nen. Durch die Kombination aus hoher Genauigkeit und guter vertikaler Auflösung eignen sich die Daten auch besonders gut für die Beobachtung von Klimavariabilität und Klimawandel in der UTLS, wie z. B. Änderungen der Tropopausenhöhe, Änderungen der Übergangshöhe zwischen troposphärischer Erwärmung und stratosphärischer Abkühlung, oder Temperaturänderungen, die nach einem größeren Vulkanausbruch zu erwarten sind. Das verbesserte Verständnis der systematischen Fehler wird auch im Bereich der numerischen Wettervorhersage nützlich sein, wo RO Daten jetzt schon mit Erfolg assimiliert werden. Das übergeordnete Ziel von BENCHCLIM ist es also, mögliche systematische Fehler in RO Klimatologien der UTLS zu quantifizieren und (wenn möglich) zu entfernen - insbesondere die, die einen falschen Trend vortäuschen könnten, und damit Klimatologien der UTLS mit sehr hoher Qualität bereitzustellen.

Unser Wissen über Veränderungen in der freien Atmosphäre ist immer noch begrenzt, da die benötigten Daten bis jetzt nicht in ausreichender Qualität zur Verfügung standen. Eine neue Datenquelle, mittels der man einige Probleme von etablierten Methoden überwinden kann, ist die Radiookkultations-Methode (RO). Mit ihr ist es im Prinzip möglich, eine absolute Referenz (Benchmark) für die obere Troposphäre und untere Stratosphäre (engl. UTLS) zu erstellen, da die Daten auf einer Zeitmessung basieren, und damit auf die internationale Definition der Sekunde zurückgeführt werden können. Wir konnten zeigen, dass RO Klimatologien der UTLS, die mit Daten unterschiedlicher Satelliten gewonnen wurden, eine sehr hohe Konsistenz aufweisen (innerhalb von 0,05 % in Reaktivität und trockener Temperatur), aber es könnte systematische Fehler geben, die den Daten aller Satelliten gemein sind. Wir haben einige mögliche Fehlerquellen analysiert, mit dem Ziel, systematische Fehler in RO Klimatologien der UTLS zu quantifizieren und (wenn möglich) zu entfernen (insbesondere jene, die einen falschen Trend vortäuschen könnten), und damit Klimatologien der UTLS mit sehr hoher Qualität bereitzustellen. Wir konnten zeigen, dass durch die korrekte Berücksichtigung der Geometrie von RO Profilen Repräsentationsfehler deutlich verringert werden das führte zu einer unerwartet starken Verbesserung in der numerischen Wettervorhersage. Wir haben erkannt, dass die Qualitätskontrolle RO Profile in besonders kalten Regionen ungerechtfertigt als Ausreißer identifizieren kann das Problem kann durch verbesserte Qualitätskontrollen vermieden werden. Wir haben einen kleinen, sonnenaktivitätsabhängigen ionosphärischen Restfehler entdeckt zusammen mit einem möglichen Weg, diesen zu eliminieren. Wir konnten zeigen, dass das mögliche Problem vorgetäuschter Trends durch eine ungleichmäßigen Abtastung des Tagesganges mit Daten von RO-Satelliten-Konstellationen nicht auftritt sie können sogar verwendet werden, um den Tagesgang in der freien Atmosphäre genau zu bestimmen. Wir haben eine neue Methode zur Initialisierung von RO Profilen in großen Höhen entwickelt, und wir haben identifiziert, in welchen Regionen der UTLS die trockene Temperatur gefahrlos als Proxy für die Temperatur verwendet werden kann und wie sich diese Regionen durch den Klimawandel wahrscheinlich verändern werden. Darüber hinaus haben wir mit RO Daten multiple Tropopausen und plötzliche Stratosphärenerwärmungen untersucht, und wir konnten zeigen, dass sich RO Dichte-Profile besonders gut eignen, um atmosphärische Schwerewellen zu charakterisieren.