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Moving measurement platforms specific challenges and corrections

Mayer, Jens-C. Hens; Rummel, Udo; Meixner, Franz X.; Foken, Thomas

Meteorologische Zeitschrift Vol. 18 No. 5 (2009), p. 477 - 488

published: Oct 1, 2009

DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0401

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Abstract

Most sensors do not perfectly reproduce changes of the measured quantity with respect to time and intensity. Delays and damping effects cause the signal to deviate from the true value. These deviations are often caused by combined impacts of the probe itself, the probe's housing, the sensor's inlet system and more. In this work, we will (a) evaluate correction schemes already known from aircraft temperature measurements for their performance on measured vertical temperature profiles, and (b) present an alternative, simpler correction scheme. The temperature profiles were measured with an elevator system at a 99 m mast from 2 m to 98 m a.g.l., parallel to a stationary high quality reference temperature profile. Besides laboratory tests, we will demonstrate and quantify the effect of the corrections applied to the mobile temperature sensor's data in direct comparison with the reference temperature data. This direct comparison (a) exceeds the potential of aircraft measurements, where comparisons with stationary in-situ sensors are hard to realize, and (b) clearly shows the effectiveness and correct magnitude of the corrections. It is demonstrated with temperature measurements, that a mobile sensor can satisfactorily substitute a profile of stationary sensors.

Kurzfassung

Die meisten Messsysteme können die tatsächliche Änderung der Messgröße bezüglich Zeitpunkt und Intensität nicht exakt abbilden. Es treten Verzögerungs- und Dämpfungseffekte auf. Diese sind oftmals die Folge eines kombinierten Einflusses von Sensor, Sensorgehäuse, Einlasssystem usw. In dieser Arbeit werden sowohl bereits aus Flugzeugmessungen bekannte, mathematisch aufwändige Korrekturalgorithmen als auch ein mathematisch einfacher Korrekturansatz an realen vertikalen Temperaturprofilen getestet. Die Temperaturprofile wurden mittels eines Aufzuges an einem Mast zwischen 2 m und 99 m parallel zu einem statisch betriebenen Referenzprofil gemessen. Neben Labortests wird der Effekt der Korrekturen im direkten Vergleich mit dem parallel gemessenen Referenzprofil quantifiziert. Diese direkten Vergleiche mit Referenzdaten (a) gehen über die Möglichkeiten von Flugzeugmessungen hinaus, wo parallele, stationäre Messungen kaum zu realisieren sind, und (b) demonstrieren deutlich den Effekt der Korrektur auf die gemessenen Profile sowie die korrekte Intensität der Korrektur. Es wird gezeigt, dass ein mobiler Sensor ein Profil statischer Sensoren zufriedenstellend ersetzen kann.