Description: Der Anteil des atmosphärischen Wasserdampfs beträgt lediglich bis zu vier Volumenprozent der Erdatmosphäre. Aufgrund seiner besonderen Bedeutung für atmosphärische Prozesse - insbesondere für Klimawandel und Naturgefahren (z.B. Hochwasser, Dürreperioden, Flutkatastrophen, Gletscherschmelze) - ist die zuverlässige und genaue Kenntnis über die räumliche und zeitliche Verteilung des Treibhausgases Wasserdampf von eminenter Bedeutung. Wasserdampf ist zudem wichtiger Bestandteil des Wasserkreislaufs; er bestimmt Wolkenbildung und -verteilung sowie Niederschlag maßgeblich. Trotz seiner großen Bedeutung ist die Modellierung seines räumlichen und zeitlichen Verhaltens nicht zufriedenstellend gelöst. Obgleich regionale Atmosphärenmodelle prinzipiell hydro-meteorologische Zustandsgrößen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung simulieren können, ist die Reproduzierbarkeit von hochvariablen Prozessen beschränkt. Zudem existieren wenige hochauflösende Validierungsdatensätze. Während Wasserdampf für Meteorologie und Klimaforschung eine zentrale Zustandsgröße darstellt, liegt im Rahmen von geodätischen Anwendungen der Fokus auf der Reduktion seines Einflusses. Im Gegensatz zu den Effekten anderer Atmosphärenbereiche kann sein Einfluss auf Mikrowellenmessungen nicht durch Mehrfrequenzbeobachtungen eliminiert werden. Somit ist das Signal des atmosphärischen Wasserdampfs im Rahmen der Verarbeitung der Daten dieser Sensoren geeignet zu modellieren. Hierbei können GNSS und InSAR wertvolle Beiträge (GNSS: hohe zeitliche Auflösung; InSAR: hohe räumliche Auflösung) zur Rekonstruktion des Einflusses der Erdatmosphäre - und im Speziellen des atmosphärischen Wasserdampfs - längs des Signalwegs leisten. Unter Verwendung von komplexen tomographischen Ansätzen sind aus den GNSS- bzw. InSAR-basierten, integrierten Wasserdampfkenngrößen zeitabhängige 3D-Felder des Wasserdampfs ableitbar. Unter Verwendung von innovativen GNSS- und InSAR-Datenanalysetechniken zielt das beantragte Projekt darauf ab, für regionale Anwendungen neue Kombinationsansätze für die verbesserte Bestimmung der raum-zeitlichen Verteilung des atmosphärischen Wasserdampfs zu entwickeln und zu validieren. Die zentrale Fragestellung beschäftigt sich mit der wissenschaftlich fundierten, Geostatistik-basierten Zusammenführung von geodätischen Ergebnissen und meteorologischen Wettermodellen. Hierbei kommt tomographischen Fusionsansätzen - sowohl im Kontext der Zusammenführung der beiden geodätischen Sensoren als auch bei der Kombination von geodätischen und meteorologischen Produkten - eine wichtige Rolle zu; diese sind z.B. hinsichtlich horizontaler und vertikaler Auflösung weiterzuentwickeln. Darüber hinaus ist die Tomographie-basierte Fusion gegenüber meteorologischen Assimilationsansätzen zu vergleichen, um eine optimale regionale Strategie für die Zusammenführung aller beitragenden Sensoren und Modelle zur Ableitung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Wasserdampfverteilungen herauszuarbeiten.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
USA
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Klimatologie
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Meteorologie
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Photogrammetrie
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Sensor
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Wasserdampf
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Hochwasser
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Schweiz
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Ungarn
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Geoinformation
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Kartographie
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Dürre
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Atmosphärische Wissenschaften
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Gletscherschwund
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Atmosphärenmodell
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Wasserkreislauf
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Wolke
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Datenverarbeitung
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Modellierung
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Geodäsie
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Informatik
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Naturgefahr
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Klimaforschung
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Katastrophe
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Klimawandel
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Klimawirkung
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Niederschlag
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Atmosphäre
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Regionale Verteilung
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Atmosphärenchemie
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Treibhausgas
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Atmosphärischer Prozess
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Fernerkundung
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Global Navigation Satellite System
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Naturgefahren und Naturrisiken
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Wechselwirkung
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Auflösungsvermögen
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Region:
Baden-Württemberg
Bounding boxes:
9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
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Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
-
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), Institut für Geodäsie und Photogrammetrie (Mitwirkende)
-
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Geodätisches Institut, Lehrstuhl Physikalische und Satellitengeodäsie (Betreiber*in)
-
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Meteorologie und Klimaforschung - Atmosphärische Umweltforschung (Mitwirkende)
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Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (Mitwirkende)
-
Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (Mitwirkende)
-
Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
-
University Fairbanks, Geophysical Institute (Mitwirkende)
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University of Technology and Economics Budapest (Mitwirkende)
Time ranges:
2017-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: High-Resolution Atmospheric Water Vapor Fields by Spaceborne Geodetic Sensing, Tomographic Fusion, and Atmospheric Modeling
Description: Although the atmosphere contains only up to 4% water vapor by volume, water vapor is one of the central atmospheric gases. Water vapor is a highly effective greenhouse gas that is directly intertwined with global climate change and its implications for natural disasters such as floods, droughts, deluge or glacier melting. As a vital component of the hydrological cycle, water vapor represents a main driver for the generation and spatio-temporal distribution of clouds and precipitation. The quantification of water vapor remains a challenge: while regional atmospheric models (Limited Area Model, LAM) in general allow to simulate the distribution of hydro-meteorological variables in space and time in high resolution, their performance in reproducing in detail their high spatio-temporal variability remains still limited. At the same time only limited high resolution atmospheric water vapor validation records exist. Acting as an important signal in meteorology and climate research, water vapor principally is regarded as a source of noise in Geodesy and Remote Sensing applications. The humidity of the Earth's atmosphere induces delays and distortions of high temporal and spatial fluctuations in microwave signals, which cannot be eliminated by multi-frequency measurements and have to be quantified during the data processing. Thus observations of Global Navigation Satellite Systems (GNSS: high temporal resolution) and Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR: high spatial resolution) provide valuable contributions for reconstructing the integrated water vapor along the path from the satellites to the observation site on the Earth's surface. In addition, the sophisticated tomography-based evaluation of these data even allows generating 3D fields of the water vapor distribution in space and time. By using GNSS and InSAR based techniques in combination with high resolution regional atmospheric weather models and geostatistical data merging techniques, the proposed project aims at developing and evaluating new approaches to derive improved spatio-temporal estimates of the atmospheric water vapor distribution. In particular, tomography-based approaches in the evaluation of geodetic and remote sensing data will be further developed to improve the vertical and horizontal resolution of the atmospheric state variable under research. The generated products are used for comparison and assimilation with atmospheric model-based information to finally get an optimal estimation of the atmospheric water vapor distribution.
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