Von NRT zu RT: Parameterschätzung für Wettervorhersage und Stationsmonitoring Yüksel Altiner, Wolfgang Söhne, Georg Weber

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1 Von NRT zu RT: Parameterschätzung für Wettervorhersage und Stationsmonitoring Yüksel Altiner, Wolfgang Söhne, Georg Weber Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

2 NRT-Auswertung am BKG Auswertesystem entwickelt in Zusammenarbeit mit UniBW (Becker et al., 2003 / M. Kirchner) Kern des Systems Berner GPS-Software klassische Netzausgleichung ( double differences ) mit IGS-Ultrarapid-Produkte Vierstunden-Fenster ( sliding window ) 2

3 Ziel der NRT-Auswertung Koordinatenlösung als Beitrag zu EPN- Stundenkombination Überwachung der Stationskoordinaten - Koordinatenmonitoring - Beitrag zur Verbesserung der Treffsicherheit der Prognose des zukünftigen Wettergeschehens - Wettervorhersage - 3

4 Koordinatenmonitoring Warnung Unterschiedliche Antennentypen Signifikante Punktbewegungen? Stundenlösung gegen Kombinationslösung Warnung Large variations for hourly fixed solution: PERM_NRT_103340: Coordinate comparisons 30-NOV-10 10:47 ******************************************************************************* Total number of stations: 104 Signifikante Koordinatenschwankung ******************************************************************************* Weekday Repeatability (mm) Station #Days N E U AQUI 12757M001 9 XXXXXXX MORP 13299S001 9 XXXXXXX

5 Koordinatenvariation der Station MORP 5

6 Lage der Station MORP ****************************************************************************** EUREF Electronic Mail 30-Nov :30:03 UTC Message Number 5537 ****************************************************************************** Author: Matt King Subject: MORP: snow cleared Yesterday we cleared snow that entirely covered the MORP antenna (by about 400mm). Photos available upon request. The site log has been updated to reflect this in section 10. Regards, Matt King 6

7 Beitrag zur Wettervorhersage Das BKG beteiligt sich mit einer eigenen Lösung an der stundenweisen Schätzung von Parametern der troposphärischen Laufzeitverzögerung (NRT-Auswertung) an mehreren Projekten COST 716 (~ 450 stations) European Co-operation in the Field of Scientific and Technical Research, Action 716 E-GVAP ( ) / E-GVAP II (2013) European Meteorological Network GPS Water Vapour Programme EUCOS (after E-GVAP II ) EUMETNET Composite Observing System 7

8 E-GVAP The Network of European Meteorological Services - GNSS Water Vapour Programme 8

9 NRT-Netze des BKG Zwei regelmäßige Lösungen des BKG als Beitrag zu E-GVAP: Routinelösung ( bkg_ ), ca. 110 Stationen, RINEX- Stundenfiles Testlösung ( bkgh ), ca. 90 Stationen, 15 Minuten-Highrate- RINEX-Files aus Datenströmen generiert BKGH ~90 BKG ~110 9

10 Qualität der NRT-Lösung (EUREF gegen NRT und BNC) dztd 0 1E mm / Std. ASI BNC BKG GOP NRT ROB 10

11 Differenz zur EUREF-Lösung des BKG 5 Tage NRT - BKG BNC - BKG ASI - BKG GOP - BKG ROB - BKG 11

12 BKG Ntrip Client (BNC) BNC wurde in 2006 in Zusammenarbeit mit der TU Prag im Rahmen der Projekte EUREF-Real-Time (EUREF-IP) und Real-Time IGS Pilot Project (RTIGS) entwickelt Strömung und Dekodierung von GNSS-Daten in Echtzeit über das Internet basierend auf dem Format von RTCM- Korrekturdaten PPP-Modul seit 2009 zur Unterstützung der präzisen Einzelpunktlösungen in Echtzeit BNC: open source (version 2.6) 12

13 Positionsgenauigkeit mit PPP- Modul der BNC Positionsgenauigkeit mit PPP beträgt 20 bis 30 mm Keine Korrektur für Satellitenantennen (Bahn- und Uhrkorrekturen von Satelliten beziehen sich auf das Phasenzentrum der Antennen der Satelliten) Ein Offsetwert für die Antennen der Stationen auf der Erdoberfläche (keine Phasenzentrenvariationen) Keine Berücksichtigung: Auflasteffekt der Ozeanen, Atmosphärische und hydrologische Effekte, Effekte aufgrund der Rotation der Satelliten (Phase-Wind-Up) und Erde (Polarmovement). 13

14 Berechnung von ZTD mit BNC ZTD( z) ZTD ( z) dztd ( z) / cos( z) 0 ZTD ( z 0 ) Trendwert (berechnet nach Saastamoinen) dztd (z) Schwankung (Signal) Bandbreite der Schwankung wird mit dem weißen Rauschen (White Noise) vorgegeben - (pro Sekunde in m) dztd 0 = 1E * 1E-06 = 3.6 mm / Std. 14

15 NRT gegen RT (1) ~7 Tage (über 9000 RT- und über 150 NRT- Lösungen) NRT dztd 5E-05 = 180 mm/std. 5E-06 = 18 mm/std. 0 3E-05 = 108 mm/std. 3E-06 = 10.8 mm/std. 1E-05 = 36 mm/std. 1E-06 = 3.6 mm/std. 15

16 Difference of ZTD to NRT [mm] NRT gegen RT (2) 5*36 mm/std. 36 mm/std. 3*36 mm/std. 5*3.6 mm/std. 3*3.6 mm/std. 3.6 mm/std. dztd 0 1E-05-NRT 3E-05-NRT 5E-05-NRT 1E-06-NRT 3E-06-NRT 5E-06-NRT 16

17 Difference of ZTD to NRT [mm] NRT gegen RT (3) NRT 5E-06 1E-05 3E-06 1E-05 - NRT 5E-06 - NRT (36 mm/std.) (18 mm/std.) 17

18 NRT gegen RT (4) NRT 5E-06 1E-05 E-GVAP E-GVAP 18

19 Zusammenfassung und Ausblick Echtzeitauswertung mit Verwendung von Datenströmen liefert Parameterschätzung für Positionierung mit wenigen Sekunden Verzögerung Einzelpunktauswertung mit PPP lässt eine fast unbegrenzte Erhöhung der Stationen zu In Richtung Nowcasting stößt die (Datei-bezogene) NRT- Auswertung an ihre Grenzen -Berechnungsdauer?- ZHD kann bis zu 50 mm pro Stunde variieren dztd 0 1.4E mm / Std. 19

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 20