The Estimation of the atmospheric water vapour using GNSS observations  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
83909
Type K
Principal investigator Ádám, József
Title in Hungarian A levegő integrált vízgőztartalmának meghatározása GNSS adatokból
Title in English The Estimation of the atmospheric water vapour using GNSS observations
Keywords in Hungarian vízgőz, GNSS, kihullható csapadék
Keywords in English atmospheric water vapour, GNSS, precipitable water
Discipline
Geodesy (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Ortelius classification: Geodesy
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)40 %
Ortelius classification: Meteorology
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Department of Geodesy and Surveying (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Bányai, László
Bartholy, Judit
Dombai, Ferenc
Kenyeres, Ambrus
Kern, Anikó
Rózsa, Szabolcs
Tuchband, Tamás
Varga, Bálint
Vörös, Miklós
Weidinger, Tamás
Starting date 2011-02-01
Closing date 2016-01-31
Funding (in million HUF) 23.805
FTE (full time equivalent) 9.59
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat fő célkitűzése, hogy megteremtsük az alapjait műholdas helymeghatározó rendszerek (GNSS) észlelésein alapuló légköri integrált vízgőztartalom (IWV) meghatározásoknak Magyarországon. Ezen felül alapkutatásokat kívánunk végezni a kapcsolódó GNSS adatfeldolgozásban felhasznált modellek és folyamatok fejlesztésével kapcsolatban.

A levezetett integrált vízgőztartalom értékek megbízhatóságának vizsgálatára, különféle időjárási helyzetekben össze kívánjuk hasonlítani az adatokat rádiószondás észlelésekkel, illetve műholdas vízgőzadatokkal.

A GNSS jelek troposzféra okozta késleltetése és az integrált vízgőztartalom kapcsolatát leíró matematikai modellek vizsgálatát is el kívánjuk végezni. A modelleket hazai viszonyokhoz kívánjuk igazítani. Ezen felül a GNSS feldolgozáshoz használt “a priori” troposzféramodellek pontosítását is elvégeznénk, azok paramétereinek rádiószondás adatokhoz történő rendszeres illesztésével.

A felsorolt kutatási feladatok többsége alapkutatás jellegű. Azonban a kutatási feladatok kapcsolódnak az alkalmazásokhoz is, hiszen a pályázat célja, hogy kifejlesszük azokat a eljárásokat és modelleket amelyek lehetővé teszik, hogy a GNSS adatokban rejlő vízgőzinformációkat a numerikus időjárási modellekben alkalmazni lehessen.

A kutatási feladatok hazai szinten újszerűek, hiszen ekkora hálózaton ilyen jellegű kutatás korábban hazánkban nem folyt. A troposzféramodellek továbbfejlesztése pedig nemzetközi szinten is úszerűnek tekinthető.

A projekt legfontosabb eredménye az óránkénti validált integrált vízgőztartalom érték hazánkban 35 pontban, ami lehetővé teszi, hogy a heves zivatarok előrejelzését pontosabbá tehessük.
Summary
The main objective of the research project is to create the basis of the determination of the integrated water vapour (IWV) using the data of the active GNSS (Global Navigational Satellite Systems) network in Hungary. Moreover some fundamental research will be carried out to improve the various models and processes currently used in this kind of GNSS processing.

In order to judge the quality of the derived IWV values, the team intends to validate the results by comparing them with satellite observations and radiosonde observations under different weather conditions.
Mathematical models would be tested and evaluated for the derivation of IWV from the tropospheric delays stemming from the GNSS processing. The models would be tailored to local radiosonde data, too. Moreover the tropospheric models used in the GNSS processing would also be studied. In the frame of this project the parameter fitting and of these models would be investigated using radiosonde observations.

The research activities are mainly fundamental studies. However these research activities have a tight connection to the applications, since the objective of the project is to develop procedures and models, which will enable us to apply the GNSS data in numerical weather models.

The research activities are novelties in the national level, since studies on such a dense and big GNSS network could not be done earlier. The fitting of the troposphere model parameters to the radiosonde observations can be a novelty on the international level, too.

The most important deliverable of the project is the validated hourly IWV values over 35 stations in Hungary, which could improve the accuracy of the forecasts of severe storms in the area.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kifejlesztettük a meteorológiai célú közel valósidejű GNSS feldolgozórendszert. Ennek eredményeképpen a hazai aktív GNSS hálózat méréseiből operatív jelleggel előállítjuk a troposzferikus késleltetések értékét, amelyet továbbítunk az EUMETNET E-GVAP programjának. Kifejlesztettük annak módszertanát, hogy GNSS adatokból hogyan becsülhető a légköri vízgőz-tartalom hazánkban. Ehhez a közép-európai éghajlati viszonyokhoz illesztett matematikai eljárásokat fejlesztettünk ki. Eredményeinket rádiószondás mérésekkel validáltuk. Ehhez kifejlesztettük a rádiószondás mérésekből levezethető integrált vízgőztartalom és troposzferikus késleltetések megbízhatóságának leírására szolgáló összefüggéseket, amely a korábbi eljárásokkal ellentétben figyelembe veszi a mérések közötti korrelációt is. Kampány mérések és az aktív GNSS hálózat felhasználásával tesztméréseket hajtottunk végre a légköri vízgőzeloszlás GNSS észlelések alapján tomográfikus úton történő modellezésére. Kifejlesztettünk egy algoritmust a GNSS észlelésekből történő térbeli vízgőzmodellek előállítására. Megvizsgáltuk a GNSS helymeghatározásban használatos troposzferikus késleltetést leíró modelleket, rádiószondás észlelések alapján új modelleket fejlesztettünk ki. Hazai szinten elvégeztük az első kísérleteket a GNSS alapú légköri vízgőztartalom becslések numerikus időjáráselőrejelző modellekben történő asszimilációjára. Eredményeink azt mutatták, hogy a rövidtávú csapadékelőrejelzést pontosíthatjuk a GNSS mérésekkel.
Results in English
In the frame of this project the near-realtime GNSS processing facility has been developed and established for meterological applications. Thus the observations of the Hungarian active GNSS network is now routinely being used for the estimation of tropospheric delays, which are transmitted to the EUMETNET E-GVAP programme. We developed an optimal methodology fitted to Hungary for the conversion of zenith wet delays to integrated water vapour. Our results were validated with radiosonde observations. In order to achieve a reliable analysis, the rigorous modelling of the propagation of observation error has been developed, including the mathematical models and algorithms which takes into consideration the correlation between the neighbouring atmospheric layers. Campaign observations and the active GNSS network were used to obtain test results for GNSS tomographic applications. An algorithm has been developed to retrieve the four-dimesional water vapour distribution for GNSS slant delays. We studied the tropospheric models used in GNSS positioning. Based on radiosonde observations, regionally fitted models were developed for Central Europe. On a national level, the first test have been made to assimilate GNSS zenith total delays in numerical weather prediction models. The results showed that the accuracy of the short-term precipitation forecasts can be improved with these data sets.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83909
Decision
Yes





 

List of publications

  
Rózsa Sz, Kenyeres A, Weidinger T, Gyöngyösi A Z: GNSS mérések közel valósidejű feldolgozása meteorológiai alkalmazásokhoz., GEOMATIKAI KÖZLEMÉNYEK XIII:(2) pp. 55-64. (2010), 2011
Rózsa Sz: Estimation of Integrated Water Vapour from GNSS Observations Using Local Models in Hungary., In: Kenyon Steve, Pacino Maria Christina, Marti Urs (szerk.) Geodesy for Planet Earth. Berlin: Springer-Verlag, 2012. pp. 817-825., 2012
Rózsa Sz, Weidinger T, Gyöngyösi A Z: Víz a légkörben: A GPS mint meteorológiai mérőeszköz., ÉLET ÉS TUDOMÁNY LXVI:(51-52) pp. 1644-1645. (2011), 2011
Istenes Z., Bottyán Zs., Gyöngyösi A.Z., Weidinger T., Balczó M., Szabó Z.: Development of the Hungarian Meteorological UAV system: on board sensors, flight planning and the results of the first test flights, 1st conference of the Int. Society of Atmospheric Research using Remotely-piloted Aircraft, 2013
Rózsa Szabolcs, Tuchband Tamás: A GNSS észlelések szerepe a légköri kihullható vízmennyiség meghatározásában., In: Lovas Antal (szerk.) Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért. Budapest: BME Építőmérnöki Kar, 2011. pp. 7-12. (ISBN: 978-963-313-042-1), 2011
Tuchband Tamás, Rózsa Szabolcs: Modelling tropospheric zenith delays using regression models based on surface meteorology data., In: Kenyon Steve, Pacino Maria Christina, Marti Urs (szerk.) Geodesy for Planet Earth. Berlin: Springer-Verlag, 2011. pp. 789-795. (International Association of Geodesy S, 2011
Sz. Rózsa, A. Kenyeres, T. Weidinger, A. Z. Gyöngyösi: Near Real Time Estimation of Integrated Water Vapour from GNSS Observations in Hungary, Szóbeli előadás az IUGG XXV. Általános Közgyűlésén. Melbourne 2011. június 28-július 10., 2011
Rózsa, Sz.: An Accuracy Analysis of the Troposphere Models Applied for Water Vapour Estimations Based on Radiosounding Data, Poszter előadás az IUGG XXV. Általános Közgyűlésén, Melbourne, 2011. június 28-július 10., 2011
Sz. Rózsa, A. Kenyeres, T. Tuchband: Comparison of Different GNSS Processing Schemes Used for the Estimation of Precipitable Water Vapour, Poszter előadás az AGU Fall Meeting 2011 konferencián., 2011
Szabolcs Rózsa, Tamás Weidinger, András Zénó Gyöngyösi,Ambrus Kenyeres: The role of GNSS infrastructure in the monitoring of atmospheric water vapour, Időjárás, Quarterly Journal of the Hungarian Meteorological Service Vol. 116, No. 1, January–March 2012, (elfogadva publikálásra), 2012
Rózsa Sz, Kenyeres A, Weidinger T, Gyöngyösi A Z: Near real-time estimation of integrated water vapour from GNSS observations in Hungary., IAG Symposia series, Vol. 139.. Berlin: Springer, 2013., 2013
Rózsa Sz: Uncertainty considerations for the comparison of water vapour derived from radiosondes and GNSS., IAG Symposia series, Vol. 139.. Berlin: Springer, 2013, 2013
Ádám József: A GNSS/RNSS rendszerek átfogó hálózatának létrehozása, Geomatikai Közlemények, XV., pp.95-107, 2012
Horváth T, Viengdavanh R, Rózsa Sz:: Négydimenziós vízgőzmodellek előállítása GNSS tomográfiával., Geomatikai Közlemények, 2014
Rózsa Sz, Kenyeres A.:: Az aktív GNSS hálózat meteorológiai alkalmazása., Geodézia és Kartográfia, 2014
Rózsa Sz.: Modelling Tropospheric Delays Using the Global Surface Meteorological Parameter Model: GPT2., PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING, 2014
Horváth Gy., Putsay M., Sebők I., Németh P., Nagy Z., Rózsa Sz: A meteorológiai megfigyelőrendszer szerepe az időjárási veszélyjelzésben, Előadás az MTA Meteorológiai napokon 2013, 2013
Mile Máté – Gergely Bölöni - Ersin Kucukkaraca – Rózsa Sz: Assimilation of GPS ZTD in mesoscale AROME model at Hungary, szóbeli előadás a GNSS4SWEC Workshop 2014 rendezvényen, 2014-02-26-02.28, 2014
Rózsa, Sz. - Kenyeres, A.: First Results of the Hungarian NRT GPS Processing in the Framework of E-GVAP/COST-1206, szóbeli előadás a GNSS4SWEC Workshop 2014 rendezvényen, München, 2014.02.26-02.28, 2014
G. GÜRBÜZ, Ç. MEKİK, İ. DENİZ, S. ROZSA: RADYOSONDA VE GNSS İLE ELDE EDİLEN YOĞUŞABİLİR SU BUHARI MİKTARLARININ KARŞILAŞTIRILMASI (Comparing PW values obtained from Radiosonde and GNSS), 7. Ulusal Mühendislik Ölcimeleri Sempozyumu. Konferencia helye, ideje: Corum, Törökország, 2014.10.15-2014.10.17. Paper CD. 5 p., 2014
Rózsa Sz.: Troposzféramodellek integritás-vizsgálata az extrém-érték elmélet alkalmazásával, szóbeli előadás a Geomatikai Szemináriumon, Sopron, 2014. november 13-14., 2014
Rózsa Sz, Kenyeres A, Weidinger T, Gyöngyösi A Z: Near real-time estimation of integrated water vapour from GNSS observations in Hungary., IAG Symposia series, Vol. 139. pp 31-39. Berlin: Springer, 2013., 2014
Rózsa Sz: Uncertainty considerations for the comparison of water vapour derived from radiosondes and GNSS., IAG Symposia series, Vol. 139.. pp65-78, Berlin: Springer, 2014, 2014
Rózsa Sz, Kenyeres A.:: Az aktív GNSS hálózat meteorológiai alkalmazása., Geodézia és Kartográfia, LXVI (3-4), pp 7-11., 2014
Rózsa Sz.: Modelling Tropospheric Delays Using the Global Surface Meteorological Parameter Model: GPT2., PERIODICA POLYTECHNICA-CIVIL ENGINEERING, 58:4, pp 301-308., 2014
Bordás Á., Weidinger T.: Combined closure single-column atmospheric boundary layer model, Időjárás, 119(3), 379-398, 2015
Bottyán, Z., Gyöngyösi , A.Z., Wantuch, F., Tuba, Z., Kurunczi, R., Kardos, P., Istenes, Z., Weidinger, T., Hadobács, K., Szabó, Z., Balczó M., Varga, Á., Bíróné Kircsi, A., Horváth Gy.: measuring and Modeling of Hazardous weather Phenomena to Aviation using the Hungarian unmanned Meteorological Aircraft (HUMAS), Időjárás, 119(3), 307-335, 2015
Cuxart, J., Tatrai, D., Weidinger, T., Kircsi, A., Józsa, J., Kiss M.: Infrasound as a Detector of Local and Remote Turbulence., Boundary Layer Meteorology (first online), 2015
Gyöngyösi A.Z., André, K., Horányi, A., Mile, M., Szépszó, G., Tasnádi, P., Weidinger, T.: Numerikus meteorológiai modellfuttatások az ELTE Meteorológiai Tanszékén, LÉgkör 57(4) 177-183, 2013
Rózsa Sz., Gyöngyösi A.Z., Kenyeres, A., Weidinger, T.: Hungarian Contribution to the research of remore sensing of the atmosphere using GNSS, Geomatikai Közlemények XVIII(1) 41-42, 2015
Gyöngyösi A.Z., Weidinger, T., Bánfalvi K.,: Légköri megújuló-energia modell-előrejelzések, IV. Környezet és Energia Konferencia & II. Energia a Mindennapokban előadások gyűjteményes kötete, 2016
Kenyeres A., Rózsa Sz.: A hazai aktív GNSS hálózat és meteorológiai szerepe, MTA MTB Légkördinamikai és Szinoptikus Meteorológiai Albizottság ülése, 2014
Mile M.: Az AROME modell és a GNSS ZTD adatasszimiláció az OMSZ-nál, Az MTA MTB Légkördinamikai és Szinoptikus Meteorológiai Albizottság előadó ülése, 2014
Rózsa Sz., Gyönygösi A.Z., Bartholy J., Kern A., Weidinger T., Decsi A., Kenyeres A., Dombai F., Ádám J.: Regional scale monitoring of atmospheric water vapor content with GNSS infrastructure and numerical model predictions., EGU General Assembly 2013, 2013
Rózsa Sz., Ádám J., Juni I, Tuchband T., Kenyeres, A., Weidinger T., Bartholy J,. Gyönygösi A.Z.: Remote sensing of the atmospheric water vapour using GNSS observations, GEWEX workshop on the climate system of the Pannonian basin 9-11 Nov. 2015, 2015
Rózsa Sz., Mile M.: Estimation of OWV from GPS observations and the first result of the assimilation in NWP models, Pannonian Atmospheric Boundary Layer Experiment Szeged (PABLS13 Workshop Budapest 3-4, April 2014), 2014
Weidinger T., Cuxart, J., Gyöngyösi, A.Z., Wrenger B., Istenes Z., Bottáyn Z., Simó G., Tatrai D., Jericevic, A., Matjacic, B., Kiss, M., Jozsa J.: An experimental and numerical study of the ABL structure in the Pannonian plain, 21st Symposium on Baoundary Layers and Turbulence, Leeds, UK, 2014.06.9-13, 2014
Weidinger T.: Main goals, participants, instrumentation and dataset. The extended measuring period of PABLS13, Pannonian Atmospheric Boundary Layer Experiment Szeged (PABLS13 Workshop Budapest 3-4, April 2014), 2014, 2014
Weidinger, T., Bottyán Zs., Gyöngyösi A.Z., Istenes Z., Szabó Z., Balczó M., Varga Á., Bíróné Kircsi A., Horváthy Gy., Tátrai D., Bozóki Z., Józsa J., Kiss M., Bordás Á, Wantuch F., Simó G, Cuxart, J., Wrenger B: A pilótanélküli repülőeszközök szerepe a határréteg kutatásban - nemzetközi mérési expedíció Szegeden., Reüléstudományi Munkaértekezlet, előadás, 2014



Back »