Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

A közelmúltban a nemzeti geodéziai infrastruktúrákban széles körben elterjedtek a permanens GNSS állomások (Global Navigation Satellite Systems – globális műholdas navigációs rendszerek), és az azokból felépített országos, kontinentális és világhálózatok. 

Bár ezeket a hálózatokat eredetileg a földi vonatkoztatási rendszer és azok kontinentális megfelelőinek a fenntartására hozták létre, emellett fontos szerepet játszanak a globális geodéziai megfigyelőrendszerben is, amelynek egyik célkitűzése az atmoszféra állapotának megfigyelése és nyomon követése. A GNSS észleléseket sikeresen alkalmazzák a felső légkör szabad elektronokkal töltött részére, az ionoszférára, illetve az elektromosan semleges troposzféra vizsgálatára. A troposzféra vizsgálatával kimutatható a légkörben található teljes vízpára mennyisége, ami értékes információt tartalmaz a meteorológiai előrejelzések számára.

A jelen doktori kutatásban kidolgozandó feladatok két fő részre oszthatók. A jelölt feladata egyrészről, hogy permanens GNSS hálózatok adatait felhasználva a műhold-vevő irányban meghatározott vízpára okozta (ún. nedves) késleltetések alapján tomografikus algoritmus fejlesztésével (algebrai rekonstrukciós technikák – ART, MART, stb.) négydimenziós (tér + idő) vízpára modelleket határozzon meg. Az algoritmusokat numerikus időjárási modellek segítségével levezetett szimulált adatokon teszteli, majd permanens állomás hálózat adatait felhasználva megvizsgálja, hogy miképpen használható fel az így kialakított eljárás időjárási frontok áthaladásának a nyomon követésére. Az így kifejlesztett négy dimenziós vízpáramodellek hiánypótlóak lehetnek a meteorológiai észlelések szempontjából, hiszen jelenleg ilyen modelleket csak kifejezetten drága, vízgőz-radiométerekből felépített hálózatokkal lehetne előállítani, amelyből jelenleg hazánkban is csak egyetlen üzemel Szegeden az OMSZ obszervatóriumában. 

A feladat második része az éghajlatváltozás hatásának a kimutatása a GNSS mérésekből becsült kihullható csapadékmennyiségek segítségével. Annak érdekében, hogy az éghajlatváltozás hatásai is kimutathatóak legyenek, kellően hosszú GNSS idősoroknak kell rendelkezésünkre állnia, emellett nagy hangsúlyt kell fektetni az adatok konzisztens módon történő feldolgozására is. A jelölt a doktori téma kidolgozása során automatikus GNSS feldolgozórendszert alakít ki a Bernese feldolgozószoftver automatikus funkciói segítségével, megvizsgálja a GNSS adatokból becsült troposzferikus késleltetések/vízgőzsűrűség értékek asszimilációs lehetőségeit numerikus időjárási modellekben.

 

***

 

In the recent years the continuously operating GNSS (global navigation satellite systems) stations play a substantial role in modern national, regional and global geodetic infrastructure.

Although these stations were primarily established for the maintenance of global/continental/national geodetic reference systems, they also play an important role in the global geodetic observing system (GGOS). One of the aim of GGOS is to monitor and observe the Earth's atmosphere using geodetic techniques. GNSS observations are successfully used for the monitoring of the total electron content of the ionosphere, and to the monitoring of the neutral atmosphere, too. Analysing the tropospheric delay, the atmospheric water vapour content can be estimated, providing valuable information for weather forecasts and climatic studies.

The doctoral project focuses on two topics. Firstly, the candidate will develop a mathematical algorithm for the optimal tomographic reconstruction of atmospheric water vapour using the slant tropospheric delays in the satellite-receiver direction. The candidate will study various versions of algebraic reconstruction techniques (ART, MART, etc.) in order to derive four-dimensional (3D space + time) water vapour fields. The developed algorithms will be tested and validated with simulated data derived from numerical weather models. Furthermore, continuously operating GNSS networks will be used for the field tests of the approach. The candidate investigates the feasibility of the monitoring of the movements of weather fronts in near real-time based on the derived 4D water vapour fields using the developed tomographic approach. The to-be-developed water vapour models can fill a gap in meteorological observations technology, since currently 4D water vapour fields could be derived using a network of costly water vapour radiometers, of which Hungary operates only a single unit in the observatory of the Hungarian Meteorological Service in Szeged.

The second topic of the PhD project is to analyse the GNSS based precipitable water vapour estimates from the perspective of climate change. Since GNSS networks have been operating for more than 10-15 years, in the current days these data sets can be used for climatic studies as well. However, the data sets must be processed in a consistent way in order to provide consistent results over a longer time span. The candidate will set up and operate an automatic GNSS processing system based on the Bernese Processing Engine and process the GNSS observations obtained from permanent GNSS stations at least from the past decade and estimate the integrated water vapour from the derived wet tropospheric delays in the zenith direction. Analysing the time series of the obtained integrated water vapour content, the candidate will pursue to study the effect of climate change on the integrated water vapour content. Moreover, the assimilation of the derived zenith tropospheric delays and water vapour densities in numerical weather models are also studied.