Meteorologische toepassingen van GPS - PowerPoint PPT Presentation

gus
meteorologische toepassingen van gps n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Meteorologische toepassingen van GPS PowerPoint Presentation
Download Presentation
Meteorologische toepassingen van GPS

play fullscreen
1 / 39
Download Presentation
Meteorologische toepassingen van GPS
163 Views
Download Presentation

Meteorologische toepassingen van GPS

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Meteorologische toepassingen van GPS Siebren de Haan

  2. GPS meteorologie • Hoe werkt GPS? • Relatie waterdamp en GPS? • Meteorologische toepassingen van GPS • Velden van totale hoeveelheid waterdamp • Driedimensionale structuren • Conclusies en vooruitblik

  3. Global Positioning System • U. S. Department of Defence (DOD). • 24 GPS satellieten: radiosignalen voor positie/snelheid/tijd bepaling • Frequentie: 1575.4 MHz en 1227.6 MHz • GLONASS Russisch System. • GALILEO Europees

  4. Global Positioning System • Met GPS bepaal je waar je bent door te meten hoever je van een aantal satellieten vandaan bent Ter illustratie: Platte vlak (2D) ? Afstand tot 1 satelliet : blauwe lijn Afstand tot 2 satellieten: kruispunten ? Afstand tot 3 satellieten: positie! Hoogte? : minimaal 4 satellieten

  5. Nauwkeurigheid van GPS • Signaal wordt vertraagd en gebogen • Gevolg: • Onnauwkeurigheid van enkele meters • Oorzaak: • Dichtheid v/d lucht • Vocht • Andere fouten bronnen: • Ionosfeer • Satelliet posities • ……. Geen verstoring Atmosfeer

  6. Foutenbronnen “Zenith Tropospheric Delay” wordt expliciet bepaald als onderdeel van de positie- en afstandfout

  7. Schatting van de fouten Netwerk GPS ontvangers • Ionosfeerfout: dispersief medium • Klokfouten: dubbele differenties • Atmosfeer”fout”: afbeelden op de zenit

  8. Atmosferische verstoring • “Zenith Tropospheric Delay” (ZTD) • GPS processing: atmosfeervertraging afgebeeld op de zenit • Saastamoinen (1972): hydrostatisch deel ( ≈ p/T ) • “totale vertraging = droog + nat” : • “Integrated Water Vapour” (IWV) • Gegeven p0 ,Ts , H en lengtegraad () :

  9. Integrated Water Vapour Cabauw

  10. Waterdamp • Radiosonde (De Bilt) 2002 (elke 6 uur)

  11. Variabiliteit IWV in 6 uur • Radiosonde waarnemingen De Bilt 1999 • Verandering in IWV (in 6 uur) sterk gecorreleerd met verandering vocht op 1-2 km hoogte

  12. GPS netwerk rond Nederland Waarom GPS? Radiosondes rond Nederland • Radiosondes • Temperatuur, wind en vocht op verschillende hoogtes • 4 stations rond Nederland : De Bilt, Ukkel (Bel), Essen(D), Emden (D) • Elke 12 uur • GPS • Totale hoeveelheid vocht (géén profiel) • 35 stations in Nederland • Elk kwartier

  13. GPS op het KNMI NETPOS • Samenwerking Kadaster/RWS/KNMI • Routinematige ZTD • Uurlijks (Europees) • MétéoFrance:Aladin/Arpege • UKmetoffice : RM • Real-time (elk 15 min.) • Nowcasting

  14. GPS in Europa • EUMETNET E-GVAP • Voorbereiden voor operationele productie • 13 landen • 892 stations • 140K obs/dag

  15. Toepassingen • Assimilatie in weermodellen • niet in dit praatje • Tweedimensionale informatie • Real-time • aantal “cases” • Driedimensionale informatie • Variationele assimilatie (data uit 2003)

  16. 2DInformatie • Real-time IWV waarnemingen • Elk kwartier • Vertraging van ongeveer 5 minuten • IWV veld • Variationele analyse • Achtergrond = waterdampveld van 15 min. eerder • Additionele data • OrnanceSurvey (UK) • EUREF-NTRIP (streaming GPS ruwe data)

  17. 2008/05/31 • Matige O tot NO stroming 850hPa • 10m winden N tot NW • Een sterke gradiënt in de waterdamp om 19:00. • Natte tong bevindt zich in het mid-oosten van Nederland centrum. • droog gebied boven Zeeland

  18. 2008/05/31 • Het onweergebied ontwikkelt zich op de gradiënt van de waterdamp • Natte tong verplaatst zich uiteindelijk met stroming mee

  19. 2008/06/02 • Hogedrukgebied boven Nederland met overwegend O- NO stroming. • Er bevindt zich een convergentie zone boven België. • Boven het Zuiden en Noord-Holland ontstaan waterdamp maxima die aaneengroeien. Het maximum boven het Zuiden wordt geadvecteerd.

  20. 2008/06/02 • Op de helling van de maxima ontstaan onweersbuien. • Aan de achterkant van het maximum is er nauwelijks tot geen onweersactiviteit

  21. 2008/06/22 • Sterke ZW stroming voert onstabiele lucht aan. • Nederland bevindt zich tussen een hoog boven Z-Duitsland en een lagedrukgebied op de noordelijke Noordzee. • Maximum IWV in het Zuiden verplaatst zich in NW-richting

  22. 2008/06/22 • Onweerscomplex ontstaat boven Zuidwest Nederland en wordt meegevoerd naar het noordoosten. • Het complex ontstaat aan de rand van een waterdamp maximum wat zich in een tijdspanne van 30-45 minuten uit het zuidoosten is aangevoerd. 

  23. 2008/07/02 • ZO stroming met een klein hoge drukgebied boven Nederland. • Sterke oost-west vocht gradiënt met een lijn van onweer over het westen van Nederland.

  24. 2008/07/02 • Aan het eind van de ochtend trekt een onweersgebied over Noord-Holland naar het noorden. • In de vroege middag komt een groot onweersgebied uit het zuiden opzetten die ook richting het noorden trekt. • Naarmate de waterdamp structuren minder scherp worden (de maxima vlakker) daalt de onweer activiteit. De regen intensiteit blijft ongeveer hetzelfde.

  25. 2008/07/26 • O-stroming met een rug van hogedrukgebied over NL. • Waterdamp maximum groeit boven het IJsselmeer en Friesland. • Maximum verplaatst in de loop van de tijd meer richt het Westen. • De rug van waterdamp loopt tot in Zuid-Holland.

  26. 2008/07/26 • Aan de zuidkant van het maximum ontstaat een stevig complex met onweer wat zich uitbreid langs de rug. • Een tweede bui ontstaat iets zuidelijker en vormt na verloop van tijd een groot complex. • De onweersactiviteit verplaatst zich in de richting van het maximum terwijl de bui op de zelfde plek blijft liggen.

  27. Conclusies 2D informatie • Gradiënten in IWV • Zwakke IWV gradiënt: geen/nauwelijks onweer • Sterke IWV gradiënt met windveld: convergentie van vocht • Verandering in IWV met de tijd • Met de bui mee bij een ontwikkeld systeem

  28. 3D Informatie • Schuine vertraging • Meer waarnemingen/meer ruimtelijke informatie • Variationele Assimilatie (elk uur) • Modelruimte beschrijft alleen vocht • Achtergrondveld uit vorige oplossing

  29. Variationele Assimilatie • Achtergrond fout correlate Hollingsworth-Lonnberg-methode • Verticaal+horizontaal

  30. 3D Grid • Mei 2003 (BBC2) Radiosonde Cabauw • 9 GPS stations • Waarnemingen:  : Schuine waterdamp waarnemingen  : IWV waarnemingen

  31. Resultaten

  32. Resultaten (2) Verschil GPS/RS/NWP • Gladde covariantie resulteerd in glad veld • 9 stations • Slechte sampling • Geen kruisende paden • Tegenwoordig: • 35 stations: betere sampling

  33. Conclusies • GPS nauwkeurige waarnemingen van atmosferisch vocht • Real-time waarnemingen zijn mogelijk • Tweedimensionale waterdamp velden tonen gebieden waar convectie/onweersbuien kunnen ontstaan • “Schuine” vertragingen van een netwerk herbergt driedimensionale informatie

  34. Vooruitblik • Assimilatie van ZTD in NWP • Raamwerk is gereed • Bruikbaarheid van 2D velden voor nowcasting vereist verdere studie • IWV waarnemingen Noordzee/Duitsland/België • IWV+wind (??hPa) = “I-MoistureFluxConvergence”? • Opzetten van nieuwe processing-methode om schuine vertragingen te schatten • Assimilatie in NWP (bijv. uurlijks) • (Met andere hoge resolutie waarnemingen)

  35. URL’s: http://egvap.dmi.dk http://www.knmi.nl/research/groundbased_observations/gps/real_time_IWV.html http://www.knmi.nl/~haandes=> pdf van proefschrift • Met dank aan: • SRON/NIVR • Kadaster (o.a. Joop van Buren),Infra-wis (o.a. Ronald v/d Vate), Mark Greaves (Ordnance Survey, UK), Georg Weber (BKG, D), Hans v/d Marel (TUD),Iwan Holleman, Bert Holtslag (WUR), Henk Klein Baltink en anderen…

  36. Toepassing voor weersverwachting • 8 juni 2007 • Heftige onweersbuien langs de Belgisch-Nederlandse grens van 13:30 – 16:00 • Buien trekken daarna naar het westen weg

  37. Korte-termijn weersverwachting • Convergentie van waterdamp • Bepaald mbv. windmetingen aan de grond • 60 tot 90 minuten vooraf een indicatie • Radar • Bliksem • Waterdamp Waterdamp convergentie

  38. GPS en het weer GPS netwerk rond Nederland Gegeven : • zeer nauwkeurige positieuit een vast netwerk (Kadaster) Dan is het mogelijk om • door terug te rekenen de vertraging tgv. de atmosfeer te bepalen En dan • is hieruit de hoeveelheid vocht af te leiden