Fernerkundung von Wasserisotopologen von verschiedenen Platformen

Wir nutzen hochaufgelöste bodengebundene FTIR (Fourier Transform InfraRed) Spektrometer und IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) Instrumente an Bord des MetOp Satelliten zur Fernerkundung der Atmosphäre, und wir dokumentieren die Eigenschaften der Fernerkundungsdaten auf detaillierte Weise. Unser Forschungsschwerpunkt ist dabei das Erzeugen und Charakterisieren von Fernerkundungsdaten troposphärischer Wasserdampfisotopologe und deren Anwendung zur Untersuchung des Feuchtetransports in der Troposphäre. Weitere Details zu unseren Forschungsgebieten gibt es hier (englische Seiten).

Die Bedeutung der Charakterisierung von Fernerkundungsdaten

Ein umfassendes Verständnis der Eigenschaften von Fernerkundungsdaten ist besonders wichtig, wenn es sich um komplizierte Datenprodukte handelt. Ein Beispiel ist das Verhältnis der beiden Isotopologe H₂¹⁶O und HD¹⁶O (typischerweise ausgedrückt als δD = {[HD¹⁶O]/[H₂¹⁶O]}/VSMOW – 1; mit VSMOW als Vienna Standard Mean Ocean Water).

Die beigefügte Abbildung zeigt ein Beispiel für Verteilungen von {H₂O,δD} Paaren, welche sehr nützlich sind für die Untersuchung verschiedener Feuchtetransportwege. Die Graphiken in der oberen Reihe zeigen Modelldaten (direkte Modellausgabe), die Graphiken in der mittleren Reihe zeigen Modelldaten, nachdem sie an die Eigenschaften der MUSICA MetOp/IASI Fernerkundungsdaten angepasst wurden, und die Graphiken in der unteren Reihe zeigen die MUSICA MetOp/IASI Fernerkundungsdaten. Ein Vergleich der direkten Modellausgabewerte mit den Fernerkundungsdaten (d.h. ein Vergleich von den Graphiken der oberen und unteren Reihe) zeigt sehr große Unterschiede. Jedoch ist dieser Vergleich nicht aussagekräftig, da Daten mit deutlich verschiedenen Eigenschaften verglichen werden. Ein Vergleich zwischen Modell- und Fernerkundungsdaten ist nur sinnvoll, wenn die Eigenschaften der Fernerkundungsdaten verstanden sind, und die Modelldaten entsprechend angepasst werden. Somit können nur die Graphiken der mittleren und unteren Reihen sinnvoll miteinander verglichen werden. Die darin beobachteten Unterschiede können nun dazu beitragen, die Modellrechnungen weiter zu verbessern.

Beispiel für die Verwendung satellitengestützter Fernerkundungsdaten von {H₂O,δD} Paaren zur Verifizierung des Feuchtetransports in dem atmosphärischen Modell ECHAM5-wiso: Konturlinien für Bereiche mit der höchsten Dichte an {H₂O,δD} Paaren für verschiedene Breitenbereiche und Jahreszeiten in der freien Troposphäre über dem Pazifischen Ozean (140°O-140°W) und für Simulationen des Modells ECHAM5-wiso und für MetOp/IASI Fernerkundungsdaten. Oben: Verteilungen erhalten aus den ECHAM5-wiso Daten (direkte Modellausgabe); Mitte: Verteilung erhalten aus den ECHAM5-wiso Daten nach Anpassung an die Eigenschaften der MetOp/IASI Fernerkundungsdaten; Unten: Verteilung erhalten aus den MetOp/IASI Fernerkundungsdaten. Links: Mitte Februar 2014; Rechts: Mitte August 2014. Die verschiedenen Farben unterscheiden die verschiedene Breitenbereiche (siehe Legende). Die schwarz gestrichelten Linien sind Rayleigh Linien für drei verschiedene Startbedingungen: {T = 10°C; RH = 60%; δD = -89‰}, {T = 20°C; RH = 80%; δD = -78‰} and {T = 30°C; RH = 100%; δD = -69‰}. Der gelbe Stern markiert die für die Fernerkundungsdatenanalyse verwendeten a-priori Werte. Eine detaillierte Diskussion ist in Schneider et al. (2017) zu finden.        

Weitere Informationen gibt es auf der englischen Seite.