Titelaufnahme

Titel
Atmospheric wind profiling based on LEO-LEO infrared-laser occultation / Andreas Plach
Verfasser/ VerfasserinPlach, Andreas
Begutachter / BegutachterinKirchengast, Gottfried
Erschienen2013
UmfangXIV, 75 Bl. : Zsfassung (1 S.) ; Ill., graph. Darst.
HochschulschriftGraz, Univ., Masterarb., 2013
Anmerkung
Zsfassungen in dt. und engl. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Atmosphäre / Wind / Okkultationsmessung / Atmosphäre / Wind / Okkultationsmessung / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-59304 Persistent Identifier (URN)
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Atmospheric wind profiling based on LEO-LEO infrared-laser occultation [2.42 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die vorliegende Arbeit nutzt das Low Earth Orbit (LEO) Missionskonzept der LEO- LEO Microwave and Infrared-laser Occultation (LMIO). Sein Ziel ist die Gewinnung von Profilen für Treibhausgase (THG), thermodynamische Zustandsvariablen und line-of-sight (l.o.s.) Wind von Satelliten aus, als unabhängiges, selbstkalibrierendes und aktives Limb-Sounding Messkonzept. Dabei liegt der Fokus auf der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre (UTLS) (5 km bis 35 km).Bisher wurde nur ein einfacher Wind-Retrieval Algorithmus untersucht. Dieser benutzt die Annahme einer konstanten Windgeschwindigkeit entlang des gesamten Okkultations-Strahlweges. Hier werden die Implementierung und die Ergebnisse für einen neuen und fortgeschrittenen Wind-Retrieval Algorithmus diskutiert. Dieser verwendet die genauere Annahme, dass die Windgeschwindigkeit in der UTLS sphärisch symmetrisch ist, daher kann der Wind über eine Abel-Transformation gewonnen werden. Das Differenzielle Transmissionsprinzip wird auf zwei Wind-Absorptionslinien angewandt, um atmosphärische Breitband-Effekte zu minimieren. Die gemessenen Frequenzverschiebungen sind proportional zur windinduzierten Dopplerverschiebung. Die Leistungsfähgikeit des neuen Retrievals wird im Zuge von End-to-end Simulationen für synthetische und realistische l.o.s. Windprofile in drei stark unterschiedlichen geographischen Regionen untersucht. Außerdem werden zwei Sätze von Satellitenorbits, polar und polnahe Orbits, analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das neue Wind-Retrieval die Fähigkeit hat die l.o.s. Windgeschwindigkeit in einem Höhenbereich von etwa 15 bis 35 km abzuleiten, wobei es auch mit hochvariablen Windprofilen und hohen Windgeschwindigkeiten funktioniert. In einem nächsten Schritt wird die beobachtete Frequenzverschiebung genutzt werden, um die THG-sensitiven Lasersignale um die windinduzierte Dopplerverschiebung zu korrigieren. Dies wird zu einem genaueren THG-Retrieval beitragen.

Zusammenfassung (Englisch)

The present thesis uses the Low Earth Orbit (LEO) mission concept of LEO?LEO Microwave and Infrared-laser Occulation (LMIO). Its goal is the climate benchmark profiling of Greenhouse Gases (GHGs), thermodynamic variables and line-of-sight (l.o.s.) wind from space with focus on the Upper Troposphere?Lower Stratosphere (UTLS) region (5 km to 35 km) as an independent, self-calibrating, and active remote limb-sounding measurement concept. So far only a so called simple wind retrieval algorithm, which assumes a constant wind velocity over the entire occultation ray path, was investigated. Here the implementation and results of a new and advanced wind retrieval algorithm are shown. It uses the more accurate assumption that the wind velocity is spherically symmetric within the UTLS. Therefore the wind can be retrieved by using an Abel Transform. The differential transmission principle is applied to two wind-sensitive absorption channels to minimize atmospheric broadband effects. The measured frequency shifts are proportional to the wind-induced Doppler shift. The performance of the new algorithm is examined with end-to-end simulations. Synthetic and realistic l.o.s. wind profiles in three greatly different geographic regions are investigated. Furthermore two sets of satellite orbits, polar and near-polar, are analyzed. The results show that the new wind retrieval is capable of deriving the l.o.s. wind speed in an approximate altitude range from 15 to 35 km, where it also works for highly variable wind profiles and high speed winds. In a next step the frequency shift information will be used to correct the received GHG-sensitive infrared-laser signals for the wind-induced Doppler shift. This will lead to a more accurate GHG retrieval in windy air.

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