Author(s): Gonçalves, Hugo Valentim Figueira
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.6/6077
Origin: uBibliorum
Subject(s): Gnss; Precipitable Water Vapor; Zenith Total Delay; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática
In the recent years, Global Navigation Satellite Systems (GNSS), in particular Global Positioning Systems (GPS), have proved their capacity to monitor atmospheric water vapor with an accuracy that is comparable to the accuracy of other conventional meteorological sensors. GNSS has several significant advantages compared to the traditional observational systems, including low operating expense, all-weather operability and high temporal/spatial coverage. As a result, the provision of Zenith Total Delay (ZTD) and derived Precipitable Water Vapor (PWV) from GNSS data has become established as a standard and valid technique. These atmospheric parameters are currently assimilated into regional weather forecast models (Meteo Office UK; Meteo France and German Research Center for Geosciences (GFZ)). However, the accuracy of the near realtime estimates for these values is still in active research issue. This dissertation describes the implementation and testing of the estimation of PWV in near-real time that was carried out at SEGAL in framework of the NUVEM project during 2015-2016. The scheme to estimate the atmospheric parameters (ZTD and PWV) and to deliver them timely to the Portuguese Meteo Office (IPMA - Instituto Português do Mar e da Atmosfera) is described in detail. The focus was on the computational component of the scheme but some studies using the estimated solutions were also necessary to be performed in order to obtain some necessary parameters for the operational phase of the project. The timely estimation of the solutions depends of several processes, which needed to be analysed and optimized separately (but considering always their integration in the full schema), namely: • download of the GNSS data from external providers since the project relies on the data acquired by different GNSS networks in Portugal and Spain. • download of the additional products (orbits and clocks) necessary to process the GNSS data. • retrieve from numerical models the values (temperature & pressure) necessary to convert from ZTD to PWV (done at IPMA). • processing of the GNSS solutions as soon as the data and products were available. • uploading of numerical and graphical solutions to IPMA and to the dedicated website. • redundancy of the system in order to guarantee a maximum operational (online) time. Additional features and improvements can be implemented in the future in order to further optimize the use of GNSS-PWV in Portugal for nowcasting. Nevertheless, the goals were achieved since the NUVEM system is currently running in operational mode at SEGAL providing IPMA with timely PWV estimates that can be used to help the analysis of atmospheric events in near-real time.
Nos últimos anos, Sistemas de Navegação Global por Satélite (GNSS), em particular o Sistema de Posicionamento Global (GPS), têm provado a sua capacidade para monitorizar o vapor de agua existente na atmosfera, com uma precisão ao nível de outras soluções mais tradicionais. Este tipo de sistemas tem várias vantagens comparado com os tradicionais sistemas de observação. Entre estas vantagens estão o baixo custo de operacionalização, e a alta cobertura espacial e temporal. Como resultado a previsão de Atraso Total de Zenith (ZTD) e a previsão de Vapor de Água Precipitável (PWV) foi estabelecido como uma técnica de observação standard. ZTDs e PWVs já são hoje em dia utilizados em vários países (nomeadamente Reino Unido, França e Alemanha) como um dos factores que ajuda nos modelos de meteorologia. No entanto, a precisão das estimativas de ZTD/PWV em tempo quase real baseadas em orbitas ultra rápidas do sistema GPS, encontra-se ainda em estudo. Nesta dissertação é descrita a implementação e os testes de validação da computação de PWV em tempo quase real feita pelo SEGAL no âmbito do projecto NUVEM que ocorreu entre 2015 e 2016, o esquema de cálculo dos parâmetros atmosféricos (ZTD e PWV) e o seu envio atempadamente ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA) é descrito em detalhe. O foco centrou-se na componente informática. No entanto alguns estudos, relativos aos resultados obtidos, foram realizados de forma a poder definir alguns parâmetros necessários na fase operacional do projecto. A computação das soluções está dependente de vários processos. Houve a necessidade destes serem analisados e optimizados separadamente. Eles são: • download dos dados GNSS dos provedores externos, uma vez que o projecto depende desses dados, adquiridos em diferentes redes GNSS em Portugal e Espanha; • download dos dados adicionais (órbitas e relógios) necessários à computação dos dados GNSS; • obtenção via modelos de previsão numérica dos valores de pressão e temperatura necessários para a conversão de ZTD em PWV (feito pelo IPMA); • computação das soluções GNSS tão rápido quanto possível; • upload das soluções (numéricas e gráficas) para o IPMA e para o website; • redundância dos recursos computacionais. Existem funcionalidades e melhorias que podem ser implementadas no futuro de forma a optimizar o uso de GNSS-PWV para o nowcasting em Portugal. Contudo, os objectivos foram atingidos, uma vez que, o sistema NUVEM está em modo operacional, sendo executado no SEGAL e providenciando ao IPMA as soluções que são depois usados na análise de eventos atmosféricos em tempo quase real.
