Comparison of techniques for Integrated Precipitable Water measurement in the polar region

• Autorzy: Kruczyk M.

Warianty tytułu

PL

Porównanie technik pomiarów kolumnowej zawartości pary wodnej w obszarze polarnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Tropospheric delay estimates (tropospheric product) for selected International GNSS Service (IGS) and EUREF Permanent Network (EPN) stations made it possible to asses two areological techniques in the polar region (mainly in Greenland). Integrated Precipitable Water (IPW) – important meteorological parameter is derived from GPS tropospheric solutions by a known procedure for GPS stations. To convert from the wet part of tropospheric delay (ZWD) to IPW, the relation between 2 m temperature and the so-called mean temperature of the atmosphere above was derived using local radiosonde data for nearby GPS stations. Sunphotometer data were provided by AERONET (NASA AErosol RObotic NETwork). IPW comparisons lead to the determination of a systematic difference between the techniques of GPS IPW and sunphotometer data (not present in the case of RAOBs). IPW measured by sunphotometer CIMEL (Cimel Electronique) is several percent smaller than IPW from GPS (both IGS and EPN solution). The bias changes seasonally and is a function of atmospheric temperature. It signals some systematic deficiencies in solar photometry as the IPW retrieval technique. CIMEL IPW shows some temperature dependent bias also in relation to radiosoundings.

PL

Rozwiązania troposferyczne IGS i EPN zostały wykorzystane do przetestowania dwu technik pomiarów aerologicznych dla stacji GNSS w regionie polarnym (Grenlandia). Parametr meteorologiczny jakim jest scałkowana zawartość pary wodnej (IPW) został pozyskany za pomocą standardowej procedury opisanej w literaturze. Do przeliczania IPW z wilgotnej części opóźnienia opracowano lokalny model temperatury średniej (zależność linowa względem temperatury na wysokości 2 metrów nad powierzchnią ziemi) wyznaczony z radiosondowań prowadzonych w sąsiedztwie stacji GNSS. Pomiary fotometryczne udostępnia sieć pomiarów aerozoli AERONET działająca pod egidą NASA. Porównania kilkuletnich szeregów IPW wykazują systematyczne różnice między IPW z GNSS a fotometrem słonecznym (ale nie radiosondażem). IPW z fotometru jest nie tylko średnio kilka procent mniejsza niż z GNSS ale różnica ta zmienia się wraz z porami roku i temperaturą (co jest szczególnie widoczne w warunkach polarnych). To wykazuje pewien istotny problem z fotometrią słoneczną jako techniką pomiarów kolumnowej pary wodnej. Fotometr wykazuje systematyczną różnicę IPW (zależną od temperatury atmosferycznej) także w stosunku do wyników radiosondażu.

Słowa kluczowe

EN

water vapour; GNSS meteorology; precipitable water vapour; sunphotometer; radiosounding; polar research; Greenland

PL

para wodna; meteorologia GNSS; kolumnowa zawartość pary wodnej; fotometr słoneczny; radiosondaż; badania polarne; Grenlandia

• Wydawca: Instytut Geodezji i Kartografii
• Czasopismo: Geoinformation Issues
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 7, no. 1(7)
• Strony: 15--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kruczyk M.

• Department of Geodesy and Geodetic Astronomy, Warsaw University of Technology, pl. Politechniki 1, 00-661, Warsaw, Poland, Tel/Fax: [phone]

Bibliografia

• [1] Alexandrov M.A., Schmid B., Turner D.D., Cairns B., Oinas V., Lacis A.A., Gutman S.I., Westwater E.R., Smirnov A., Eilers J., (2009): Columnar water vapor retrievals from MFRSR data, J. Geophys. Res., 114, D02306, doi:10.1029/2008JD010543.
• [2] Andrews D.G., (2010): An Introduction to Atmospheric Physics, Second Edition, Cambridge University Press.
• [3] Bevis M., Businger S., Herring T.A., Rocken Ch., Anthes R.A., Ware R.H., (1992): GPS Meteorology’ Remote Sensing of Atmospheric Water Vapor Using the Global Positioning System, J. Geophys. Res., Vol. 97, D14, pp. 15787–15801.
• [4] Böhm J., Schuh H., (2013): Atmospheric Effects in Space Geodesy, Springer Heidelberg New York Dordrecht London, doi: 10.1007/978-3-642-36932-2.
• [5] Byun S.H., Bar-Sever Y.E., (2009): A new type of troposphere zenith path delay product of the international GNSS service, J. Geod. (2009) 83: pp. 367–373, doi: 10.1007/s00190-008-0288-8.
• [6] Davis J.L., Herring T.A., Shapiro I.I., Rogers A.E., Elgered G., (1985): Geodesy by radio interferometry: Effects of atmospheric modelling errors on estimates of baseline length, Radio Sci., 20, pp. 1593–1607 doi:10.1029/RS020i006p01593.
• [7] Duan J., Bevis M., Fang P., Bock Y., Chiswell S., Businger S., Rocken C., Solheim F., Van Hove T., Ware R., McClusky S., Herring T.A., King R.W., (1996): GPS meteorology: direct estimation of the absolute value of precipitable water, J. Applied Met., 35, pp. 830–838. doi:10.1175/1520-0450.
• [8] Halthore R.N., Eck T.F., Holben B.N., Markham B.L., (1997): Sunphotometric Measurements of Atmospheric Water Vapor Column Abundance in the 940-nm Band, J. Geophys. Res., 102, pp. 4343–4352.
• [9] Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanre D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A., (1998): AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization, Rem. Sens. Env., 66(1), pp. 1–16.
• [10] Holben B.N., Tanre D., Smirnov A., Eck T.F., Slutsker I., Abuhassan N., Newcomb W.W., Schafer J., Chatenet B., Lavenue F., Kaufman Y.J., Castle J.V., Setzer A., Markham B., Clark D., Frouin R., Halthore R., Karnieli A., O’Neill N.T., Pietras C., Pinker R.T., Voss K., Zibordi G., (2001): An emerging ground-based aerosol climatology: Aerosol Optical Depth from AERONET, J. Geophys. Res., 106, pp. 12067–12097.
• [11] Hofmann-Wellenhof B., Lichtenegger H., Wasle E., (2008): GNSS – Global Navigation Satellite Systems GPS, GLONASS, Galileo, and more, Springer Wien New York.
• [12] Kruczyk M., (2014): Integrated Precipitable Water from GNSS as a climate parameter, Geoinformation Issues, Vol. 6, No 1(6), pp. 21–35.
• [13] Kruczyk M., Liwosz T., (2015): Integrated precipitable water vapour measurements at Polish Polar Station Hornsund from GPS observations verified by aerological techniques, Reports on Geodesy and Geoinformatics, Vol. 98, pp. 1–17; DOI: 10.2478/rgg-2015-0001.
• [14] van Malderen R., Brenot H., Pottiaux E., Beirle S., Hermans C., De Mazière M., Wagner T., De Backer H., Bruyninx C., (2014): A multi-site techniques intercomparison of integrated water vapour observations for climate change analysis, Atmospheric Measurement Techniques Discussions, Vol. 7, Issue 2, pp. 1075–1151.
• [15] Van der Marel H., (2004): COST-716 demonstration project for the near real-time estimation of integrated water vapour from GPS, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 29, pp. 187–199.
• [16] McIlven R., (2010): Fundamentals of Weather and Climate, Second Edition, Oxford University Press.
• [17] Pacione R., Pace B., de Haan S., Vedel H., Lanotte R., Vespe F., (2011): Combination Methods of Tropospheric Time Series, Adv. Space Res., 47(2), pp. 323–335, doi: 10.1016/j.asr.2010.07.021.
• [18] Rocken C., Ware R., van Hove T., Solheim F., Alber C., Johnson J., Bevis M., Businger S., (1993): Sensing atmospheric water vapor with the Global Positioning System, Geophys. Res. Lett., 20, 2631.
• [19] Saastamoinen J., (1972): Atmospheric Correction for the troposphere and stratosphere in radio ranging of satellites, The Use of Artificial Satellites for Geodesy Geophysics Monograph Series, (ed.) S.W. Henriksen et al., pp. 247–251.
• [20] Salby M.L., (2012): Physics of the Atmosphere and Climate, Cambridge University Press.
• [21] Shelton M.L., (2009): Hydrometeorology. Perspectives and Applications, Cambridge University Press.
• [22] Schmid B., Michalsky J.J, Slater D.W., Barnard J.C., Halthore R.N., Liljegren J.C., Holben B.N., Eck T.F., Livingston J.M., Russell P.B., Ingold T., Slutsker I., (2001): Comparison of columnar water-vapour measurements from solar transmittance methods, Applied Optics, Vol. 40, No 12, pp. 1886–1896.
• [23] Söhne W., Weber G., (2009): Status Report of the EPN Special Project “Troposphere Parameter Estimation”, EUREF Publication No 15 Mitteilungen des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie 42(15), pp. 79–82.
• [24] Vazquez G.E., Brzezinska D., (2012): GPS-PWV estimation and validation with radiosondedata and numerical weather prediction model in Antarctica, GPS Solutions, doi:10.1007/s10291-012-0258-8.
• [25] Vedel H., Mogensen K.S., Huang X.-Y., (2001): Calculation of zenith delays from meteorological data, comparison of NWP model, radiosonde and GPS delays, Phys. Chem. Earth, Vol. 26, No 6–8, pp. 497–502.
• [26] AERONET data: http://aeronet.gsfc.nasa.gov/data_menu.html.
• [27] Radiosonde ZPD biases (EPN): http://www.epncb.oma.be/_networkdata/radiosonde_zpd_biases.php.
• [28] Mean temperature data (TU Wien): http://ggosatm.hg.tuwien.ac.at/DELAY/ETC/TMEAN.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.