Die nachstehende Tabelle und die Dokumente zur Datenkontinuität beschreiben wesentliche Änderungen in der Vaisala Radiosonde RS41-Produktfamilie und der dazugehörigen Bodenausrüstung.
In der Regel ist der Einfluss auf das Messergebnis im Vergleich zur Gesamtunsicherheit des Empfangs gering.
Auch wesentliche Änderungen, die unserer Meinung nach keinen Einfluss auf die Langzeit-Referenzdaten haben, wurden aufgelistet. Diese sind mit „Kein Einfluss auf die Datenkontinuität“ gekennzeichnet.
Um die Datenkontinuitätsdokumente nutzen zu können, müssen über das Sondierungssystem folgende Informationen bekannt sein:
Typen und Seriennummern der verwendeten Radiosonden innerhalb des untersuchten Zeitraums
HINWEIS: Die Seriennummer definiert die Hard- und Softwarekombination der Radiosonde eindeutig.
Softwareversionen der Bodenausrüstung, die innerhalb des untersuchten Zeitraums verwendet wird.
Die Identifikationsdaten sind den folgenden Dokumenten zu entnehmen:
Zur Verbesserung des Gehäuses wurde das Hartplastikgehäuse der RS41 auf EPS (expandiertes Polystyrol) umgestellt.
Die Verbesserung des Gehäuses der RS41 Radiosonde bedeutet keine Änderung hinsichtlich Handhabung und Messleistung der Radiosonde, ist aber eine bedeutende Änderung aus ökologischer Sicht.
Mit der verbesserten Abdeckung verringert sich der Kunststoffanteil der RS41 im Vergleich zum Hartplastikgehäuse um 47 % und das Gewicht um 27 %.
Die Daten der Vergleichsaufstiege sind im White Paper veröffentlicht und zeigen, dass die Änderung keinen Einfluss auf die Messleistung der RS41 hat.
Die Auswirkungen der Umstellung von RS92 auf RS41 auf klimatologische Langzeit-Referenzdaten werden als moderat eingeschätzt.
Die verbesserte Genauigkeit der RS41-Daten beeinflusst die mittleren Messwerte nicht so sehr, wie sie die Konsistenz oder Reproduzierbarkeit der Daten beeinflusst.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die bedeutendsten Auswirkungen auf die Durchschnittswerte in Feuchtemessungen der tropischen Klimazonen, insbesondere in den feuchten Bedingungen der oberen Troposphäre, zu beobachten sind.
Die statistischen Unterschiede zwischen RS92 und RS41 werden in dem beigefügten White Paper, Vergleich der Vaisala Radiosonden RS41 und RS92, mit experimentellen Empfangsergebnissen beschrieben
Die nachstehende Tabelle und die Dokumente zur Datenkontinuität beschreiben wesentliche Änderungen in der Produktfamilie Vaisala Radiosonde RS92 und der dazugehörigen Bodenausrüstung.
In allen Fällen ist der Einfluss auf das Messergebnis im Vergleich zur Gesamtunsicherheit des Empfangs gering. Die entsprechende Leistungsspezifikation entnehmen Sie bitte dem anhängenden Prospekt über die Vaisala Radiosonde RS92-SGP. Auch wesentliche Änderungen, die unserer Meinung nach keinen Einfluss auf die Langzeit-Referenzdaten haben, wurden aufgelistet. Diese sind mit „Kein Einfluss auf die Datenkontinuität“ gekennzeichnet.
Um die Datenkontinuitätsdokumente nutzen zu können, müssen über das Sondierungssystem folgende Informationen bekannt sein:
Typen und Seriennummern der verwendeten Radiosonden innerhalb des untersuchten Zeitraums
Softwareversionen der Bodenausrüstung, die innerhalb des untersuchten Zeitraums verwendet wird
Identifikationsdaten sind den folgenden Dokumenten zu entnehmen.
Verbesserte Temperaturabhängigkeitskorrektur für Feuchtemessung
In Produktion seit 6. April 2004
So können alte Daten korrigiert werden, um neuen Daten zu entsprechen:
corrected humidity reading formula
wobei:
Um = gemessene Feuchte
US = Sättigungsfeuchte
dUS = Feuchtekorrektur bei Sättigung
dU0 = Feuchtekorrektur bei 0 % RF
Ein Sensor, auf dem sich Eis gebildet hat, kann die Details des Feuchteprofils in der unteren Atmosphäre nicht genau messen. In der oberen Atmosphäre wird eine zu hohe Feuchte angezeigt.
Die Vaisala Radiosonde RS92 verfügt über zwei Dünnfilm-Feuchtesensoren. Während der eine Sensor die Feuchte misst, wird der andere Sensor beheizt. Die Heizfunktionalität reduziert Vereisungs- und Kondensationsauswirkungen auf den Sensor. Das Ergebnis sind zuverlässige Feuchtemessungen auch beim Austritt aus einer Wolke
Als die Vaisala Radiosonde RS92-SGP auf den Markt kam, wurde die wechselseitige Heizung abgeschaltet, sobald die Radiosonde eine Temperatur von -40 °C erreichte. Seit März 2005 wird die Heizfunktionalität bis zu einer Temperatur von -60 °C fortgesetzt. Diese Funktionalität wurde auch beim WMO-Radiosondenvergleich auf Mauritius im Jahr 2005 genutzt. Die Änderung führt zu zuverlässigeren Feuchtemessungen in Sondierungen mit hoher Feuchte zwischen -40 °C und -60 °C
Verbesserte Befestigung vermindert die Erwärmung durch Sonneneinstrahlung.
Die relative Feuchte ist ein Zusammenwirken von Feuchte und Temperatur
Bei Tagessondierungen sind die Feuchtesensoren und ihre Kontakte wärmer als die gemessene Umgebungsluft. Dies führt zu niedrigen Werten der relativen Feuchte.
Der Effekt macht sich in der oberen Troposphäre und der unteren Stratosphäre bemerkbar, besonders bei hoher Feuchte. Dort messen die Radiosonden mit der verbesserten Beschichtung bis zu 5 bis 6 % rF höhere Feuchtewerte als die mit der alten Beschichtung.
Die neue Beschichtung wurde 2005 in den WMO Intercomparison of High Quality Radiosonde Systems auf Mauritius eingesetzt.
Die Rückseite des Sensorarms hat sich wie die Vorderseite in ein glänzendes Silber verwandelt
Die Änderung verbessert die Herstellbarkeit: Der Arm ist in den Fertigungsprozessen einfacher zu handhaben, was zu einem besseren Ertrag und einer gleichmäßigeren Qualität führt
Keine Auswirkung auf die Temperaturmessung, da sich die Umgebung des Temperatursensors nicht verändert hat
Der Einfluss auf die Feuchte ist positiv − wenn überhaupt. Bei Testflügen lag der Unterschied innerhalb der Reproduzierbarkeitsgrenzen
Die Modifikation wurde Mitte 2008 in die Produktion übernommen. Bei Bedarf kann das Beschichtungsverfahren mit Hilfe der Radiosonden-Seriennummer identifiziert werden
Die Kontakte des Sensorarms sind mit Gold statt mit Kupfer beschichtet. Damit werden die Kontakte robuster, z. B. gegen Alterung.
Die Änderung verbessert auch die Herstellbarkeit: Der Arm ist in den Fertigungsprozessen einfacher zu handhaben, was zu einem besseren Ertrag und einer gleichmäßigeren Qualität führt
Die Änderung hat keine Auswirkung auf die Temperatur- oder Feuchtemessung, da sich die Umgebung des Temperatursensors nicht verändert hat
Die Modifikation wurde seit Herbst 2010 schrittweise in die Produktion übernommen. Bei Bedarf kann das Beschichtungsverfahren mit Hilfe der Radiosonden-Seriennummer identifiziert werden
Änderung der Sensorarmkontakte Vorderseite
Änderung der Sensorarmkontakte Rückseite
Änderungen, die mit Hilfe der Empfangssoftware-Version DigiCORA® und/oder einer Benutzereinstellung identifiziert werden können
Fein abgestimmte Strahlungskorrekturtabelle für die Vaisala Radiosonde RS92
Die neue Strahlungskorrektur wurde im Februar 2005 beim WMO Mauritius Radiosonde Intercomparison verifiziert
Solarstrahlungs-Korrekturtabelle RSN2005
HINWEISE:
Die Korrekturen in der Tabelle RSN2005 in Abhängigkeit von Druck und Sonnenhöhenwinkel sind in der obigen Tabelle dargestellt
Die Korrekturen werden von der gemessenen Temperatur subtrahiert
Unterschied zwischen den Tabellen RSN2005 und RSN96
HINWEISE:
Der Unterschied zwischen der RSN2005-Tabelle und der ursprünglichen RSN96-Tabelle in Abhängigkeit von Druck und Sonnenhöhenwinkel ist in der obigen Tabelle dargestellt
Meistens hat die Korrektur zugenommen, und so hat die Änderung zur Folge, dass die gemeldeten Temperaturen und damit auch die berechneten Höhen abgesenkt werden
Unterhalb von 100 hPa beträgt die Änderung weniger als 0,05 °C und oberhalb von 30 hPa etwa 0,2 °C
Bei vielen meteorologischen Diensten ist es üblich, Feuchtedaten aus TEMP-Meldungen bei niedrigen Temperaturen auszuschließen. Die am häufigsten verwendete Grenze für die Kältetemperatur liegt bei -40 °C und wurde unabhängig vom Sensordesign angewandt
Im Laufe der Jahre hat Vaisala seinen Feuchtesensor auf Polymerbasis kontinuierlich verbessert. Die Leistung wurde bereits mit den Vaisala Radiosondentypen RS80 deutlich verbessert. Die Produktfamilie der Vaisala Radiosonde RS92 lieferte jedoch endlich eine Sensorqualität, die es Vaisala erlaubte, eine Aufhebung der Temperaturgrenze durchaus zu empfehlen
Vaisala empfahl Nutzern von RS92 Radiosonden, die Temperaturgrenze auf -100 °C zu ändern und Nutzern von RS80, die Grenze auf -70 °C zu ändern
Die Bewegung einer Radiosonde an einer Testaufhängung, wie sie in verschiedenen Messkampagnen verwendet wird, ist nicht die gleiche wie die einer einzelnen Radiosonde im Flug (direkt an einem Ballon befestigt)
Die langsamere Bewegung kann zu einer Schwankung des Temperaturmesswertes führen, das heißt, der Temperatursensor wird kurzzeitig wärmer als die Umgebungsluft. Dies ist nur in sehr hohen Luftschichten zu beobachten
Das gleiche Phänomen tritt auch bei Ozonsondierungen auf, da die Ozonsonde selbst wesentlich schwerer ist als die normale RS92 Radiosonde
Die Software zur Filterung der Rohdaten in die gemeldeten Werte wurde geändert, um den Anforderungen für langsame Bewegungen bei Ozonsondierungen und Testhängungen Rechnung zu tragen
Für weitere Informationen verweisen wir auf den Abschlussbericht des WMO Intercomparison of High Quality Radiosonde Systems auf Mauritius aus dem Jahr 2005
Der Algorithmus zur Feuchtemessung wurde verbessert, um die Ansprechzeit der Sensoren und die Erwärmung des Sensors durch Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen, wobei letztere früher als trockene, voreingenommene Feuchtewerte in großen Höhen angezeigt wurden.
Die größte Auswirkung der Algorithmen gibt es bei Tagessondierungen in Höhenlagen von etwa zehn bis fünfzehn Kilometern, je nach Feuchteprofil und Tropopausenhöhe.
Der neue Algorithmus wurde im Juli 2010 im WMO Radiosonde Intercomparison, Yangjiang, China verwendet.
Eine Anleitung zur Simulation der alten Datenbankdateien mit der DigiCORA®-Software-Version 3.64 finden Sie im folgenden Dokument: Improved calculations MW31 3.64
Auswirkung auf die integrierte Wasserdampfsäule, beispielsweise unter tropischen Bedingungen
17 Tagessondierungen und 18 Nachtsondierungen inklusive
Tagessondierungen liegen durchschnittlich bei neuen Algorithmen bei 59,3 kg/m2 und bei alten Algorithmen bei 57,4 kg/m2
Nachtsondierungen liegen durchschnittlich mit neuen Algorithmen bei 60,4 kg/m2 und mit alten Algorithmen bei 60,4 kg/m2
Sondierungsbeispiel, tropische Bedingungen
Sondierungsbeispiel für den Algorithmus der Sonneneinstrahlung
Blau = relative Feuchte mit Solarstrahlungsalgorithmus und Ansprechzeitalgorithmus
Grau = relative Feuchte ohne neue Algorithmen
Tagessondierung (tropische Bedingungen)
Sondierungsbeispiel, hohe Breitengrade
Sondierungsbeispiel für den Algorithmus der Sonneneinstrahlung
Blau = relative Feuchte mit Solarstrahlungsalgorithmus und Ansprechzeitalgorithmus
Grau = relative Feuchte ohne neue Algorithmen
Tagessondierung (hohe Breitengrade)
Beispiel für die Sondierungsreihenstatistik, tropische Bedingungen
Vergleichsergebnis zwischen neuer und alter Berechnung. Statistik der Tagesflüge unter tropischen Bedingungen, 20 Flüge
Blau = relative Feuchte mit Sonneneinstrahlung und Ansprechzeitalgorithmen
0 % rF Referenzlinie = relative Feuchte ohne neue Algorithmen
Beispiel für die Statistik der Sondierungsserien, hohe Breitengrade
Vergleichsergebnis zwischen neuer und alter Berechnung. Statistik der Tagesflüge in hohen Breitengraden, 50 Flüge
Blau = relative Feuchte mit Sonneneinstrahlung und Ansprechzeitalgorithmen
0 % rF Referenzlinie = relative Feuchte ohne neue Algorithmen
Die Flugreproduzierbarkeitsprüfung bestätigt die Übereinstimmung zwischen ähnlichen Typen von Radiosonden bei der Messung der gleichen atmosphärischen Bedingungen. Basierend auf den Testergebnissen erhalten die neuen SW-basierten Korrekturen − wenn sie wirksam sind − auch das hohe Niveau der Reproduzierbarkeitseigenschaften des Feuchtesensors der Vaisala RS92 Radiosonde.
Reproduzierbarkeit der Sondierung
Differenzen im Doppelsondierung mit Standardabweichungen unter Verwendung neuer Algorithmen, hohe Breitengrade.
Lings = tagsüber, 25 Flüge
Rechts = nachts, 5 Flüge
In der Solarstrahlungs-Korrekturtabelle der Vaisala Radiosonde RS92 wurden kleinere Änderungen vorgenommen. Zusätzlich berücksichtigt der Algorithmus zur Korrektur der Sonneneinstrahlung nun auch die Radiosondenbelüftung während des Fluges.
Die neue Korrekturtabelle wurde im Juli 2010 im WMO Radiosonde Intercomparison, Yangjiang, China verwendet.
Eine Anleitung zur Simulation der alten Datenbankdateien mit der DigiCORA®-Software-Version 3.64 finden Sie im folgenden Dokument: Verbesserte Berechnungen MW31 3.64
Überarbeitete Sonnenstrahlungs-Korrekturtabelle für Temperatursensor RSN2010
HINWEISE:
RS92-Sonneneinstrahlungs-Korrekturtabelle RSN2010 für Empfangssoftware DigiCORA®, Version 3.64
Die Korrekturwerte in der Tabelle sind abhängig von Druck und Sonnenhöhenwinkel. Die tatsächliche Korrektur berücksichtigt die Radiosondenbelüftung im Flug. Die dargestellten Tabellenwerte werden für eine typische Belüftung von 5 m/s berechnet.
Die Korrekturen werden von der gemessenen Temperatur subtrahiert.
Die Korrekturen werden von der gemessenen Temperatur subtrahiert. RSN2010 - RSN2005
Beispiel für die Statistik der Sondierungsserien: tagsüber, tropisch
Tageszeitdifferenzen mit Standardabweichungen zwischen neuer und alter Berechnung (RSN2005). Statistik der Tagesflüge unter tropischen Bedingungen, 20 Flüge.
Blau = neue Berechnung
Referenzlinie = alte Berechnung
Mittlere Steiggeschwindigkeit 5,3 m/s, std 0,4 m/s. Einzelsondierungen, Schnurlänge 30 Meter.
Statistikbeispiel für Sondierungsserien, nachts, hohe Breitengrade
Nachtzeitdifferenzen mit Standardabweichungen zwischen neuer und alter Berechnung (RSN2005). Statistik der Tagesflüge in hohen Breitengraden, 30 Flüge
Blau = neue Berechnung
Referenzlinie = alte Berechnung
Mittlere Steiggeschwindigkeit 5,2 m/s, std 0,2 m/s. Einzelsondierungen, Schnurlänge 30 Meter.
Die Flugreproduzierbarkeitsprüfung bestätigt die Übereinstimmung zwischen ähnlichen Radiosondentypen bei der Messung der gleichen atmosphärischen Bedingungen. Die Prüfung beweist, dass die Reproduzierbarkeit auf einem guten Niveau bleibt.
Reproduzierbarkeit der Sondierung
Differenzen in Doppelsondierung mit Standardabweichungen unter Verwendung neuer Berechnungen, hohe Breitengrade,25 Flüge.
Mittlere Steigrate der Sondierung beträgt 5,3 m/s, Standardabweichung zwischen Sondierungen beträgt 0,3 m/s. Die Länge der Ballonschnur beträgt 50 Meter.
