Temperaturmessung in der Atmosphäre mit Radiosonden
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Christoph von Rohden
Christoph von Rohden ist wissenschaftliches Mitglied des GRUAN Lead Centre am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD). Zu seinen Aufgaben gehören die wissenschaftliche Auswertung von Vergleichs- und Referenzsondierungen, die Entwicklung des GRUAN Datenprocessing und die Erstellung wissenschaftlicher GRUAN-Dokumentationen. Er hat sich zuvor mit Schichtungs- und Transportprozessen in Seen und Grundwasser an der Universität Heidelberg und mit Thermometrie und Metrologie in der Ozeanographie an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Berlin beschäftigt.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg, Tel.: +49 (0)69 8062 5810, Fax: +49 (0)69 8062 5710
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Tatjana Naebert
Tatjana Naebert ist als Laborleiterin am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD) verantwortlich für experimentelle Arbeiten in Labor und Klimakammer, vor allem für Temperatur und relative Feuchte von Radiosonden, sowie für die Messtechnik und Datenverarbeitung aerologischer GRUAN Referenzsondierungen.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg
Michael Sommer ist wissenschaftliches Mitglied des GRUAN Lead Centre am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD). Die Schwerpunkte seiner Arbeit liegen im Bereich Daten- bzw. Metadaten-Management sowie Datenanalyse und umfassen u. a. Planung, Entwicklung und Umsetzung der Datenmanagement-Infrastruktur von GRUAN. Er promovierte 2009 an der Technischen Universität Dresden über Rekonstruktionen der atmosphärischen Strahlungsklimatologie anhand von Satellitenmessungen.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg
Ruud Dirksen ist Leiter des GRUAN Lead Centres und Sachgebietsleiter des Dezernats In-situ-Sondierung am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD). Er koordiniert die Aktivitäten des GRUAN Lead Centre und ist zentraler Ansprechpartner bezüglich des GRUAN Netzwerks. Dr. Dirksen hat zuvor am Königlich Niederländischen Meteorologischen Institut (KNMI) und an der Freien Universität Berlin zu Satellitenbeobachtungen und der Zusammensetzung der Atmosphäre gearbeitet.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg
Zusammenfassung
Die Temperatur wird als Basisgröße für Wettervorhersage und Klimaforschung weltweit in einem Netzwerk von ca. 1000 Messstationen regelmäßig per Radiosondierung gemessen. Der große atmosphärische Messbereich und die wechselnden Umgebungsbedingungen während des Aufstiegs (Temperatur, Druck, Feuchte, Ventilation, Strahlung) stellen eine große Herausforderung an die Messtechnik dar. Es werden die wichtigsten Effekte bei der Messung des Temperaturprofils, wie systematische Auswirkungen auf das Temperaturprofil, beschrieben und die Unsicherheitsbeiträge der Messergebnisse, die sich nach den jeweiligen Korrekturen ergeben, diskutiert. Besonderes Augenmerk wird auf den Effekt durch die direkte und diffuse solare Einstrahlung gerichtet. Die dadurch bei Tagmessungen in den stratosphärischen Teilen der Radiosondenprofile verursachte systematische Erwärmung des Temperatursensors stellt dort die dominante Messabweichung dar. Sie kann je nach verwendetem Sensor bzw. Radiosondenmodell mehrere Kelvin betragen. Laborexperimente in einer evakuierbaren Kammer zur Simulation des Strahlungseffektes als Grundlage zur Erstellung einer Strahlungskorrektur ergaben maximale Werte im Bereich von 5 K. Die mit der Korrektur des Effektes verbundenen Unsicherheiten überschreiten derzeit noch die Anforderungen an stratosphärischer Temperaturmessungen von < 0, 2 K wie sie für klimatologische Untersuchungen erforderlich sind.
Abstract
As an important quantity for weather forecasting and climate research, air temperature is routinely observed with radiosondes in a worldwide network including about 1000 meteorological stations. The large atmospheric temperature range together with the ongoing change of the environmental conditions during the sonde ascent (temperature, pressure, humidity, ventilation, radiation) are challenging for the measurement technology. The article outlines the most important effects causing systematic shifts of the temperature profile, and discusses the uncertainty contributions connected with the corrections. Special attention is paid to the effect of direct and diffuse solar radiation. It causes a systematic warming of the temperature sensor and is by far the largest measurement error in the stratospheric part of the profiles during daytime. Dependent on the sensor or radiosonde model, it may amount to several Kelvin. Laboratory experiments have been carried out in an evacuable chamber to simulate the radiative effect as a basis for a radiation correction. With these experiments a temperature increase up to 5 K could be observed. The uncertainty of the correction of the radiative effect currently still exceeds the required value of < 0.2 K for stratospheric temperature measurement as reliable basis for climatological studies.
About the authors
Christoph von Rohden ist wissenschaftliches Mitglied des GRUAN Lead Centre am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD). Zu seinen Aufgaben gehören die wissenschaftliche Auswertung von Vergleichs- und Referenzsondierungen, die Entwicklung des GRUAN Datenprocessing und die Erstellung wissenschaftlicher GRUAN-Dokumentationen. Er hat sich zuvor mit Schichtungs- und Transportprozessen in Seen und Grundwasser an der Universität Heidelberg und mit Thermometrie und Metrologie in der Ozeanographie an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Berlin beschäftigt.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg, Tel.: +49 (0)69 8062 5810, Fax: +49 (0)69 8062 5710
Tatjana Naebert ist als Laborleiterin am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD) verantwortlich für experimentelle Arbeiten in Labor und Klimakammer, vor allem für Temperatur und relative Feuchte von Radiosonden, sowie für die Messtechnik und Datenverarbeitung aerologischer GRUAN Referenzsondierungen.
Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg, Richard-Aßmann-Observatorium, Am Observatorium 12, 15848 Tauche/Lindenberg
Michael Sommer ist wissenschaftliches Mitglied des GRUAN Lead Centre am Meteorologischen Observatorium Lindenberg (DWD). Die Schwerpunkte seiner Arbeit liegen im Bereich Daten- bzw. Metadaten-Management sowie Datenanalyse und umfassen u. a. Planung, Entwicklung und Umsetzung der Datenmanagement-Infrastruktur von GRUAN. Er promovierte 2009 an der Technischen Universität Dresden über Rekonstruktionen der atmosphärischen Strahlungsklimatologie anhand von Satellitenmessungen.
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©2017 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Articles in the same Issue
- Frontmatter
- Editorial
- Fachtagung TEMPERATUR 2017 in Berlin (Teil 1)
- Beiträge
- Vergleich von unterschiedlichen Widerstandsthermometern bei niedrigen Eintauchtiefen bezüglich ihres Wärmeableitfehlers
- Development and specification of an accurate cosine-behaviour responsivity radiometer head for infrared temperature radiation
- Thermoelemente auf Graphitbasis – Möglichkeiten und Grenzen
- Bestimmung der temperaturabhängigen Oberflächenspannung des Eisen-Nickel-Systems mittels elektromagnetischer Levitation
- Saphir-Faser-Bragg-Gitter für die Hochtemperatursensorik
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