Original paper

High accuracy humidity measurements using the standardized frequency method with a research upper-air sounding system

Nagel, Dagmar; Leiterer, Ulrich; Dier, Horst; Kats, Alexander; Reichardt, Jens; Behrendt, Andreas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 10 No. 5 (2001), p. 395 - 405

published: Oct 15, 2001

DOI: 10.1127/0941-2948/2001/0010-0395

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ArtNo. ESP025011005004, Price: 29.00 €

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Abstract

Water vapour is the most important greenhouse gas in the atmosphere. The knowledge of water vapour distribution is of great importance for both operational purposes and climatological investigations. Several years ago the method of standardized frequencies was developed at Lindenberg Observatory of Deutscher Wetterdienst for the calculation of relative humidity (hereinafter RH) profiles measured with a H-Humicap research sonde type based on Vaisala’s RS90 operational radiosonde. Firstly, this paper presents the further improvement of that method and gives a description of the method and of the calibration technique. RH profiles in the troposphere can be determined using the method of standardized frequencies with an absolute accuracy of 1% RH. The resolution of those humidity measurements is 0.01% RH. Results of about 70 radiosonde ascents are presented and as an example one ascent is compared to Lidar RH measurements. Secondly, a correction function for humidity profiles measured with RS80 A-Humicap (world-wide used operational radiosonde) is presented in this paper. It can also be applied to historical RS80 data sets. The third aim of this paper is to give some prospects/possibilities for relative humidity measurements in the stratosphere. Further investigations are necessary to improve our calibration model for humidity measurements in the upper stratosphere, especially at pressure levels lower than 200 hPa.

Kurzfassung

Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre. Die Kenntnis der Wasserdampfverteilung ist von großer Bedeutung sowohl für operationelle Zwecke als auch für die Klimaforschung. Vor einigen Jahren wurde die Methode der standardisierten Frequenzen am Observatorium Lindenberg des Deutschen Wetterdienstes für die Berechnung der relativen Feuchten (im folgenden RH-Profile) entwickelt, die mit dem H-Humicap einer Forschungssonde gemessen werden, basierend auf dem Prototyp der Vaisala RS90 Radiosonde. Zuerst werden in dieser Arbeit die weiteren Verbesserungen, eine Beschreibung der Methode und die Kalibriertechnik vorgestellt. Die RH-Profile in der Troposphäre können bei Anwendung der Methode der standardisierten Frequenzen mit einer Absolutgenauigkeit von 1% RH bestimmt werden. Die Auflösung dieser Feuchtemessungen beträgt 0,01% RH. Ergebnisse aus ca. 70 Radiosondenaufstiegen werden vorgestellt, und als Beispiel wird ein Aufstieg mit Lidar RH-Messungen verglichen. Zweitens wird eine Korrekturfunktion für Feuchteprofile, die mit dem RS80 A-Humicap (derzeit weltweit für die operationellen Radiosonden verwendet) gemessen wurden, präsentiert. Sie kann auch auf historische RS80 Datensätze angewandt werden. Das dritte Ziel dieser Arbeit ist, einige Aussichten/Möglichkeiten für die Messung der relativen Feuchte in der Stratosphäre vorzustellen. Weitere Untersuchungen sind notwenig, um unser Kalibriermodell für Feuchtemessungen in der oberen Stratosphäre zu verbessern, insbesondere rür Druckbereiche unterhalb 200 hPa.