1 / 39

Meteorologische toepassingen van GPS

Meteorologische toepassingen van GPS. Siebren de Haan. GPS meteorologie. Hoe werkt GPS? Relatie waterdamp en GPS? Meteorologische toepassingen van GPS Velden van totale hoeveelheid waterdamp Driedimensionale structuren Conclusies en vooruitblik. Global Positioning System.

gus
Download Presentation

Meteorologische toepassingen van GPS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

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

More Related