Toepassing van GPS in de meteorologie
 
De toepassing van GPS op meteorologie is een meteorologische techniek die in de jaren 2000 is ontwikkeld en die gebruikmaakt van de eigenschappen van waterdampbreking, druk en temperatuurvariatie op het signaal afkomstig van de satellieten van het radiosysteem. -Satellietnavigatie (GPS). Er zijn twee hoofdtoepassingen: meting van de totale vochtigheid van een grondontvangststation en radio-occultatie radiosonde.

De nauwkeurigheid van het GPS-systeem en zijn duurzaamheid maken het ook tot een wetenschappelijk onderzoekstool in de meteorologie voor het bepalen van de atmosferische waterkringloop. Ze maken het mogelijk om de beschikbare waterdamp over zeer grote gebieden te kwantificeren, wat als input dient voor het initialiseren van numerieke weersvoorspellingsmodellen en dus om betere meteorologische voorspellingen te doen, met name voor die van neerslaghoeveelheden.
 

Signaalpad versus elevatiehoek voor een gronstation
 

FORMOSAT-3 / COSMIC maakt gebruik van de techniek van radio-occultatie door de vervormingen te analyseren
die worden ondergaan door het radiosignaal dat wordt uitgezonden door de GPS-satellieten wanneer het de
atmosfeer van de aarde passeert
 
Werking  
 
Het principe van radionavigatiesatellietsystemen (GPS) is gebaseerd op het uitzenden van informatie door satellieten waarmee een gebruiker met een ontvanger toegang heeft tot nauwkeurige driedimensionale positionering op elk punt op de wereld. Bij het passeren van de onderste lagen van de atmosfeer, de troposfeer, veranderen de aanwezigheid van vochtigheid en drukveranderingen in de troposfeer de brekingsindex n en daarmee de snelheid en voortplantingsrichting van het radiosignaal.
 
We definiëren de brekingsindex N als volgt uit n: 
 
De experimentele formule die N uitdrukt is de volgende: 
 
de coëfficiënten hebben eenheden om n een dimensieloos getal te maken;
 
p is atmosferische druk (hPa)
T is de temperatuur (K);
e is de partiële waterdampdruk (hPa);
ne is de elektronendichtheid;
C is een constante gelijk aan 4,03 × 10−7 m - 3 Hz2);
f is de frequentie van het signaal
 
De tijd gemeten tijdens de passage door de atmosfeer hangt af van de som over de gehele dikte van de atmosfeer van N, rekening houdend met de variatie van de parameters met hoogte.
Door de vertraging die is geïntroduceerd in de atmosfeer die waterdamp bevat te vergelijken met die van een theoretische standaard droge atmosfeer, waar de term met de partiële druk van waterdamp nul is. Vervolgens kan de totale hoeveelheid water in de doorlopen kolom worden gevonden met behulp van de formule voor n en enkele aannames.  
 
Grondstations 
 
De hoeveelheid doorgelaten waterdamp hangt af van de elevatiehoek van de satelliet vanaf het zenit (z). Hoe groter deze hoek, hoe langer het pad door de atmosfeer. De signaalvertraging is daarom evenredig met 1 / cos z. Speciaal ontworpen weerstations pikken het signaal van een of meer gps-satellieten op en vergelijken deze met de ontvangsttijd in een droge en goed
gemengde standaardatmosfeer, rekening houdend met de afgelegde afstand. Elk gps-station moet ook uitgerust zijn met een apparaat voor het meten van druk, vochtigheid en oppervlaktetemperatuur om als uitgangspunt te dienen voor het integreren van de formule voor n
 
Uit deze tijdelijke variaties is het mogelijk om de absolute vochtigheid tussen de satelliet en het station te extraheren, ook wel bekend als "totaal neerslagbaar water".
De te volgen stappen voor deze berekening zijn:
 
- Bepaling van de tijd die nodig is om het zenit te bereiken voor elke waarneming en elk station van een netwerk van stations in een regio; 
- Trek de vertraging als gevolg van de kruising in de ionosfeer af dankzij het verschil in vertraging afkomstig van twee golflengten uitgezonden door de satellieten (deze vertraging is gerelateerd
  aan de frequentie); 
- Bereken de vertraging in een standaardatmosfeer en trek deze af van de vertraging die door de stations wordt opgemerkt; 
 - Schat het totale watergehalte van de atmosfeer met behulp van een statistisch of numeriek weersvoorspellingsmodel van de druk- en temperatuurverdeling in de atmosfeer 
Een netwerk van dergelijke stations produceert vervolgens lokale en kleinschalige informatie over luchtvochtigheid 
 
Radio black-out
 
Het signaal van een GPS-satelliet met een hoge baan (ongeveer 20.000 km) worden opgepikt door iemand in een lage baan nadat hij door de atmosfeer is gegaan en na enige kromming weer
de ruimte in is gegaan. Het ontvangen signaal kan over een bepaalde afstand worden opgevangen tijdens de passage van de satelliet en heeft een vertraging die varieert naargelang de
doorkruiste atmosferische dikte. Deze radio-occultatie maakt het mogelijk om de variatie in druk en temperatuur te meten met de hoogte van de luchtmassa die wordt doorkruist, dwz de bovenste troposfeer en de onderste stratosfeer. Dit soort peilingen is minder bruikbaar in de buurt van de tropen omdat de bundel gedeeltelijk lager gaat en wordt verzwakt door vocht.
Het geeft informatie op grote schaal over temperatuur en vochtigheid, redelijk gelijkmatig verdeeld over de hele wereld.
 
Bronnen: Wikipedia-fr,
  Categorieën: Meteorologische instrumenten I Weer A tot Z
 
web design florida