Title

Temperaturmessung in der Atmosphäre mit Radiosonden

Authors

Christoph von Rohden, Tatjana Naebert, Michael Sommer, Ruud Dirksen

Published

by tm - Technisches Messen (TM) at 2017-10-12

Abstract

As an important quantity for weather forecasting and climate research, air temperature is routinely observed with radiosondes in a worldwide network including about 1000 meteorological stations. The large atmospheric temperature range together with the ongoing change of the environmental conditions during the sonde ascent (temperature, pressure, humidity, ventilation, radiation) are challenging for the measurement technology. The article outlines the most important effects causing systematic shifts of the temperature profile, and discusses the uncertainty contributions connected with the corrections. Special attention is paid to the effect of direct and diffuse solar radiation. It causes a systematic warming of the temperature sensor and is by far the largest measurement error in the stratospheric part of the profiles during daytime. Dependent on the sensor or radiosonde model, it may amount to several Kelvin. Laboratory experiments have been carried out in an evacuable chamber to simulate the radiative effect as a basis for a radiation correction. With these experiments a temperature increase up to 5 K could be observed. The uncertainty of the correction of the radiative effect currently still exceeds the required value of < 0.2 K for stratospheric temperature measurement as reliable basis for climatological studies.

 

Die Temperatur wird als Basisgröße für Wettervorhersage und Klimaforschung weltweit in einem Netzwerk von ca. 1000 Messstationen regelmäßig per Radiosondierung gemessen. Der große atmosphärische Messbereich und die wechselnden Umgebungsbedingungen während des Aufstiegs (Temperatur, Druck, Feuchte, Ventilation, Strahlung) stellen eine große Herausforderung an die Messtechnik dar. Es werden die wichtigsten Effekte bei der Messung des Temperaturprofils, wie systematische Auswirkungen auf das Temperaturprofil, beschrieben und die Unsicherheitsbeiträge der Messergebnisse, die sich nach den jeweiligen Korrekturen ergeben, diskutiert. Besonderes Augenmerk wird auf den Effekt durch die direkte und diffuse solare Einstrahlung gerichtet. Die dadurch bei Tagmessungen in den stratosphärischen Teilen der Radiosondenprofile verursachte systematische Erwärmung des Temperatursensors stellt dort die dominante Messabweichung dar. Sie kann je nach verwendetem Sensor bzw. Radiosondenmodell mehrere Kelvin betragen. Laborexperimente in einer evakuierbaren Kammer zur Simulation des Strahlungseffektes als Grundlage zur Erstellung einer Strahlungskorrektur ergaben maximale Werte im Bereich von 5 K. Die mit der Korrektur des Effektes verbundenen Unsicherheiten überschreiten derzeit noch die Anforderungen an stratosphärischer Temperaturmessungen von < 0, 2 K wie sie für klimatologische Untersuchungen erforderlich sind.

Citation

von Rohden, C., Naebert, T., Sommer, M., et al. (2017). Temperaturmessung in der Atmosphäre mit Radiosonden. tm - Technisches Messen, 84(12), pp. 804-813, from doi:10.1515/teme-2017-0074

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