AROSA

Zusammenfassung:

Österreich ist aufgrund seiner komplexen Orographie, vielfältiger Naturräume, den speziellen wetterinduzierten Naturgefahren im alpinen Gelände sowie den wichtigen aber stark wetterabhängigen Wirtschaftszweigen Tourismus und Landwirtschaft auf qualitativ hochwertige, räumlich hochaufgelöste Wettervorhersagen in hohem Maße angewiesen. Aufgrund der nichtlinearen Vorgänge in der Atmosphäre hängt deren Erfolg entscheidend von der korrekten Definition des dreidimensionalen Atmosphärenistzustands mittels hochaufgelöster Messungen ab.

Bei der Radio-Okkultationsmessung wird aus der Dopplerverschiebung eines Funksignals zwischen Satelliten zur globalen Positionsbestimmung (GNSS) und Empfangssatelliten in einem niedrigen Erdorbit (sogenannte LEOs), das die Erdatmosphäre durchläuft, und den Satellitenpositionen auf die Beugung der Radiowellen geschlossen. Dabei wird eine hohe vertikale Beobachtungsauflösung für atmosphärische Brechungswinkelmessungen, die sehr genaue Temperatur- und Wasserdampf-Information enthalten, im Bereich von einigen hundert Metern erreicht. Dies gilt insbesondere auch in höheren Atmosphärenschichten, wo die Zahl konventioneller Beobachtungen (Radiosonden und Flugzeuge) relativ gering ist. Diese Messungen werden in zunehmend großer Zahl durch neu gestartete, privatwirtschaftlich betriebene Satelliten der Firma Spire Inc. verfügbar.

Im Rahmen dieses Sondierungsprojekts war daher das Ziel, die neuen Okkultationsmessungen der Firma Spire Inc erstmalig in das numerische Vorhersagesystem AROME der ZAMG über Österreich zu assimilieren. Bisher wurden weniger dichte Okkultationsdaten vor allem schon zur verbesserten Initialisierung von globalen numerischen Wettervorhersagemodellen genutzt (wie Arpège, GME, ECMWF-IFS), wobei bei höheren Modellauflösungen wie in diesem Projekt bei AROME der verwendete Beobachtungsoperator zur Simulation der Messgröße im Modell für den Erfolg wichtig ist. Da die Daten von Spire Inc. für dieses Sondierungprojekt dann noch nicht in ausreichender Dichte rechtzeitig verfügbar waren, wurde die Analyse mit Analogdaten ähnlicher Qualität insbesondere von der Okkultations-Satellitenkonstellation COSMIC durchgeführt.

Die analysierten Okkultationsdaten wurden zunächst für die Modellierungsnutzung aufbereitet und evaluiert (Herleitung des „bending angles“ und Überprüfung der Datenqualität durch Validation) und dann ein „bending angle“ Fehlermodell abgeleitet (observation error covariance matrix). Für die Assimilation der Daten stand zunächst ein 2D-„Bending Angle“-Beobachtungsoperator zur Verfügung, welcher für gröbere Modellauflösungen entwickelt wurde. Im Projekt wurde eruiert inwieweit eine Verbesserung des Beobachtungsoperators für höhere Auflösungen möglich ist. Anhand von Fallstudien und einer Testperiode wurde mittels AROME Testläufen das Potenzial dichter Beobachtungen auf das Modell abgeschätzt und die Möglichkeit einer zukünftigen operationellen Nutzung über dem Alpenraum und Österreich ausgelotet. Durch Ausdünnung der übrigen Beobachtungen war auch die Abschätzung des Einflusses auf die Vorhersage in datenärmeren Regionen außerhalb Europas möglich.