GPS-Messnetz

GPS-Daten tragen zur Verbesserung der Kenntnisseüber den Wasserdampfgehalt in der Troposphäre und seine Entwicklung bei. Diese Kenngrösse ist in der Meteorologie von grosser Bedeutung, um zum Beispiel die Entwicklung von Wolkenbildung und Niederschlägen vorherzusehen. Diese Schätzung ist möglich , weil der Wasserdampf in der Atmosphäre die Signale der Satellitennavigation ablenkt und dieser Effekt gemessen werden kann.

Im Vordergrund des Bildes befindet sich das GPS-Vermessungsgerät, eine metallische, auf einem Metallgerüst montierte Scheibe. Im Hintergrund ist Davos zu erkennen.
Einer der GPS-Antennen des AGNES-Messnetzes. Das Instrument wurde 1998 in Davos installiert.
(Bild: Swisstopo)

Das GPS (Global Positioning System) ist ein Positionsbestimmungssystem, das auf dem Austausch von Informationen zwischen dem entsprechenden Satellitennetz und den Empfängern am Boden beruht. Es war in den 1970er Jahren vom Militär entwickelt worden und wird immer häufiger auch für zivile Anwendungen genutzt. So werden heute die Daten, welche die GPS-Satelliten aus einer Höhe von rund 20‘000 Kilometern liefern, auch in der Landvermessung eingesetzt. Zu diesem Zweck betreibt das Bundesamt für Landestopografie Swisstopo ein permanentes Netz von ortsfesten Basisstationen: Das automatische Satellitennavigationsnetz Schweiz (AGNES) empfängt die Signale der GPS-Satelliten und verarbeitet diese  für topografische und sonstige Anwendungen. Dem AGNES-Messnetz gehören 30 Vermessungsgeräte an; neun davon sind in der Nähe einer meteorologische Messstation von MeteoSchweiz positioniert.

GPS und Meteorologie

Diese GPS-Messungen werden auch im Bereich der Meteorologie genutzt. Anhand der Daten lässt sich Wasserdampfgehalt in der Troposphäre schätzen, wobei die Genauigkeit  mit jener von Radiometer und Radiosonden vergleichbar ist. Diese wichtige meteorologische Kenngrösse hängt nicht nur mit den Niederschlägen zusammen, sondern beeinflusst durch den latenten Wärmegehalt auch die atmosphärischen Dynamiken.

Schätzung des Wasserdampfgehalts

Das GPS-Signal, das die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger durchläuft, unterliegt infolge von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit der Atmosphäre einer Ablenkung (Refraktion). Diese Ablenkung äussert sich durch eine erhöhte Laufzeit des Signals, aus welcher der Einfluss der Feuchtigkeit isoliert werden kann. Daraus lässt sich der gesamte Wasserdampfgehalt der Troposphärensäule über dem GPS-Standort liegende Wasserdampfgehalt abschätzen.

Nutzung der GPS-Daten bei MeteoSchweiz

Durch die GPS-Daten von swisstopo ist MeteoSchweiz in der Lage, den gesamten Wasserdampfgehalt der Atmosphäre abzuschätzen. Diese Werte werden mit Messungen von Radiosondierungen und Microwave Radiometern verglichen.

Die Methoden, mit welchen vertikale Profile (Wasserdampfgehalt in verschiedenen Höhen) auf der Basis von GPS-Daten erstellt werden können, befinden sich noch in einem experimentellen Stadium. MeteoSchweiz beteiligt sich zudem am europäischen Programm EMETNET E-GVAP, welches zum Ziel hat , ein operationelles Netz zur Ermittlung des Wasserdampfgehalts über GPS-Daten zu betreiben und dieses weiter auszubauen.

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