Novinky zeměměřické knihovny č. 3/2006

Klíčová slova: GPS, solární spektrometr, mobilní měřický systém, podíl měřických chyb, kalibrace radiometrů

S moderními metodami určování polohy pomocí umělých družic rostou požadavky na uskutečnění vysoce přesných geodetických aplikací v centimetrovém oboru přesnosti. Hlavní otázkou stále zůstává vliv troposféry. Zejména je problematická oprava podílu vlhkosti vznikající z vodních par, protože se může měnit s místem a časem velmi rychle. Předkládaná práce popisuje vývoj nového mobilního měřického systému GEMOSS, který se zakládá na slunečním spektro-metru s vysokým rozlišením (SSM) a který lze užít v širokém spektrálním rozsahu. Systematická porovnání s jinými postupy prováděnými na zemském povrchu, jako je radiometrie vodních par (WVR), odhady GPS a sondování balóny, dávají naději, že se ve sluneční spektroskopii  nalezne dodatečný postup pro odhad a kalibraci. Zvláštní význam je ocenění a kalibrace radiometrů, které lze užít na palubě altimetrických družic k opravě přenosových časů radaru.

Důležitým dílčím hlediskem je kritické zkoumání chyb. V přepočtu na prodloužení doby šíření mikrovln v zenitu vychází přesnost 3 cm, která uspokojuje i požadavky značně přesných aplikací. Provedené zkoušky se dělí na  dlouhodobá sledování se souběžnými měřeními balonových sond.

GPS a radiometrie, jakož i srovnávací měření s mikrovlnným radiometrem na družicích Jason.

Systematické srovnávání SSM, WVR a balónových sondáží na meteorologických stanicích Meteoswiss v Payerne naznačují, že odhady GPS za vlhčích podmínek vedou k příliš velkým hodnotám. Z pozorování přesahujících rok bylo možno získat lineární závislost mezi příliš velkou hodnotou odhadu vodních par z GPS. Rozbor a kvantitativní srovnání mezi metodami SSM, WVR a GPS dokládají použitelnost vyvíjeného spektrometru GEMOSS.

Mezinárodní účast na projektech Evropské unie i v rámci programu NASA Ocean Surface Topography Mission dokládají zájem o tyto práce, jejichž cílem bylo vyvinout transportabilní prototyp slunečního spektrometru pro měření obsahu troposférických vodních par s přesností potřebnou pro geodetické aplikace.

Toho se docílilo konstrukcí GEMOSS (Geodetic Mobile Solar Spectrometer), který dokáže současně změřit čtyři absorpční čáry vodních molekul v širokém spektrálním oboru mezi 728 nm a 915 nm.

Aby bylo možné dosáhnout tak vysoké přesnosti a širokého spektrálního oboru, užilo se nového optického řešení pro difrakční spektrograf, stabilizovala se vlnová stupnice, funkčnost zařízení a rozptylu světla. Vedle teoretických aspektů molekulární absorpce a vyzařování do zemské atmosféry se upravil i meteorologický model, šíření paprsků a aktuální stav molekulární spektroskopické banky dat.

Dále se ze spekter GEMOS rozvinul algoritmus pro získání integrálu vylučitelné vodní páry (PW). Byl založen na metodě diferenciální optické absorpční spektroskopie (DOAS) a zahrnoval simulaci syntetických slunečních spekter. K simulaci se užilo liniových parametrů vodních molekul,  které se převzaly z molekulární banky spektroskopických dat Evropského úřadu pro lety ve vesmíru (ESA).

V posledních létech se zlepšily parametry liniových párů, které mají značný vliv na přesnost simulovaných spekter a z nich odvozených objemů vodních par, vykazují přesto význačné chyby. Široké spektrum GEMOSS umožňuje přesnou opravu těchto parametrů pro 69 absorpčních čar H₂O. Proto se uskutečnila analýza slunečních spekter, která kontrolovala také meteorologické podmínky  radiosondami a radiometrií vodních par.

Pro ten cíl se uskutečnilo měření na meteorologické stanici v Payerne ve Švýcarsku v květnu                      a červnu 2004. Vedle přijímače globálního pozičního systému (GPS), užívanému v automatické síti GPS ve Švýcarsku (AGNES),  se užilo i GEMOSS a radiometru pro vodní páry (WVR). Mimo to se každý den ještě vypustily dvě radiosondy národní meteorologické služby (MeteoSchweiz). Získaná data se užila pro zpřesnění liniových parametrů 69 absorpčních čar H₂O mezi 732 nm a 996 nm.

Pro ověření výkonnosti GEMOSS se uskutečnila měřická řada po delší časové období na pozemcích ETH (Spolkové technické vysoké školy na Hönggerbergu, při níž byl přijímač GPS AGNES v trvalém provozu. Při užití až 40 vybraných absorpčních čar, které se měřily současně ve spektru, bylo možno docílit přesnosti PW 0,5 kg/m².

Srovnání GEMOSS a GPS ukázalo, že GPS přeceňuje obsah vodních par během letních měsíců přibližně o 2-3 kg/m². Stejné odchylky bylo možno nalézt i v roce 2004 v Payerne při srovnání výsledků GPS a GEMOSS., WVR a radiosond. V rámci projektu Evropské unie GAVDOS se účastnil GEMOSS pod drahou výškoměrné družice Jason v Rethimnonu na Krétě a ve Fiskardu na ostrově Kefalonia od ledna do září 2003 vysoce přesná měření vodních par uskutečněna GEMOSS posloužila ke kalibraci radiometru pro měření vodních par (JMR) na palubě Jasonu. GEMOSSem JMR simultánně měřené PW souhlasí v rozmezí 0,3 až 0,4 kg/m².

Na základě těchto mnohoslibných výsledků lze považovat GEMOSS za nový přenosný přístroj pro kalibrování radiometrů užívaných v mimozemském prostoru. Plánují se další aplikace GEMOSS v rámci projektu GAVDOS.