Impact de la configuration du traitement sur l estimation troposphérique par GNSS Anne-Lise LAVAUX (L2G) Laurent MOREL (L2G) François FUND (CNES) Frédéric DURAND (L2G)
Contexte Stratégie de traitement Choix des modèles Outil de traitement Conclusion
Contexte
Les délais troposphériques par GPS mfw mfh Zenital Total Delay : ZTD = ZHD + ZWD Slant Total Delay : STD(e) = ZHD.mfH(e) + ZWD.mfW(e) Zenital Hydrostatic Delay - 90% du retard total : ~2m - variation temporelle lente (1cm/6h) - fonction de P et T Zenital Wet Delay - 10% du retard total : jusque 30cm - variation temporelle rapide (qq cm/1h ) - fonction de T et de la densité de vapeur d eau le long de la trajectoire 4
Zone d étude -10 stations de campagne - 7 stations EPN et IGS - 2 stations de radiosondage Paramètres de traitement Réseau avec une station lointaine (USNO) Contraintes lâches sur les coordonnées de station Sessions de 12h décalées de 8h Intervalle d estimation des ZWD : 1h Modèles : GPT/GMF 5
Résultats Écart-type formel moyen 4.3 mm Écart-type moyen sur l ensemble des stations : 4.4 mm 6
Comparaison radiosondages / PW estimés par GPS dif f érence PW en mm 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 Station MALL 50 100 150 200 250 300 350 date en jour Moyenne des écarts : -0.3mm Écart-type des écarts : 2.8mm 7
Comparaison radiosondages / PW estimés par GPS dif f érence PW en mm 10 Station MURC 15 10 5 5 00-5 -10-5 -15-10 -20-25 -15 50 100 150 200 250 300 350 350 date en jour Moyenne des écarts : -0.3mm Écart-type des écarts : 2.8mm -2.3mm 2.5mm ZWD ~ 6.5 x PW En terme de ZWD 18 et 16mm 8
Objectif : Quelle est la sensiblité de l estimation des ZWD à la configuration du traitement? A. Stratégie de traitement B. Choix des modèles C. Outil de traitement
A. Stratégie de traitement
Réseau - Coordonnées à priori - Contraintes - Configuration géométrique Session - Durée de session : 6h / 12h /24h - Décalage entre deux sessions - Intervalle d estimation
Réseau / Coordonnées a priori Test : Coordonnées approchées (1 m) ou précises Site VALE - 0.7 ± 2.5 mm Tous les sites : Moyenne (mm) Ecart type(mm) Valeur maximale (mm) USNO contraint -0.1 0.5 4.9 Tous contraints -0.2 2.5 9.9 Aucun contraint 0.0 0.2 2.0 Remarque : Résultats similaires quelles que soient les contraintes sur les stations
Réseau / Contraintes Test : contraintes lâches (10 m) ou fortes (< 1cm) Tests uniquement avec des coordonnées précises (réseau USNO ou EURO) Site VCIA 0.1 ± 2.3 mm Tous les sites : Moyenne (mm) Ecart type(mm) Valeur maximale (mm) USNO contraint -0.1 2.0 8.5 Tous les sites contraints Sites IGS et EPN contraints 0.1 2.5 9.3 0.2 1.4 6.5
Réseau / Configuration géométrique Test : Réseau USNO (réseau principalement espagnol + 1 station très lointaine) / Réseau EURO (réseau européen, plusieurs stations lointaines) Stations de campagne : rouge et Réseau USNO : vert + jaune Réseau EURO : vert + bleu 14
ZWD : USNO / EURO (octobre 2007) 0.9 ± 3.1 mm Stations de campagne : Moyenne : 0.9 mm écart-type : 3.2 mm Remarque : Résultats identiques avec ou sans contraintes sur les sites 15
PW radiosondages PW estimés par GPS écarts en mm 6 4 2 0-2 -4-6 Station MALL 275 280 285 290 295 300 305 date en jour moyenne (mm) écart-type (mm) Réseau USNO - 0.4 2.0 Réseau EURO - 0.2 2.1 En terme de ZWD 13.7 mm
Sessions / Durée de session (6h / 12h / 24 h) Site MORE Tous les sites : M o y e n n e (m m ) E c a r t ty p e (m m ) 2 4 h 1 2 h 0.4 2.2 2 4 h 6 h 0.5 3.9 1 2 h 6 h 0.1 3.4 Peu significatif Choix 12h (temps de calcul)
Sessions / Décalage entre les sessions (1h, 2h, 3h, 4h, 6h, 8h) Site MORE Tous les sites : M o y e n n e ( m m ) E c a r t t y p e ( m m ) 1 h 8 h - 0. 1 1. 4 2 h 8 h 0. 1 1. 7 3 h 8 h - 0. 2 1. 4 4 h 8 h 0. 0 1. 4 6 h 8 h 0. 1 1. 0
Sessions / Intervalle d estimation (30 min, 1h, 2h) M o y e n n e ( m m ) E c a r t t y p e ( m m ) 3 0 m i n 1 h - 0. 2 1. 8 1 h 2 h - 0. 2 2. 5 3 0 m i n 2 h - 0. 4 2. 9 Remarque : Amélioration des écarts types formels de ZWD avec un intervalle plus long
B. Choix des modèles
ZHD a priori Modèle Type Technique Résolution spatiale Résolution temporelle SPT Empirique Constantes extrapolées à hauteur du site Vienna Grille Intégration données ECMWF 2.5 * 2.0 (200 km) 6h ZHDs GPT Empirique Harmoniques sphériques, données ECMWF Degré/ordre 9 (2000 km) Annuelle Fonctions de projection : mf H et mf W Modèle Type Technique Résolution spatiale Résolution temporelle NMF Empirique Dérivé de radiosondages et modèles d'atmosphère 5 bandes latitudinales Annuelle VMF1 Grille Tracé de rais depuis données ECMWF 2.5 * 2.0 (200 km) 6h GMF Empirique Harmoniques sphériques, données VMF1 Degré/ordre 9 (2000 km) Annuelle Autres modèles Surcharge océanique Surcharge atmosphérique...
Modèles / Fonctions de projection VMF1-GMF : - pas de biais - écarts de ZWD allant jusque 22mm (écart-type 7 mm) GMF-NMF : - biais (~20mm) VMF1-NMF : - biais (~20mm) - écarts irréguliers Remarque : Résultats identiques quelque soit le mode de pondération 22
PW radiosondages PW estimés par GPS écart en mm 6 4 2 0-2 -4-6 -8-10 station MALL 275 280 285 290 295 300 305 date en jour moyenne (mm) écart-type (mm) VMF1-0.2 1.5 GMF - 0.2 2.1 NMF - 3.7 1.9 En terme de ZWD 9.8mm 23
C. Logiciel de traitement
Logiciels / Gamit - Gipsy 25
5 ± 8 mm à généraliser aux autres stations... 26
Conclusion Faible influence du «réseau» et «sessions» Meilleure cohérence du modèle VMF1 avec les radiosondages Cohérence entre deux logiciels Choix final des caractéristiques : o coordonnées précises o sites IGS et EPN contraints o session 12h / 8h o intervalle d estimation 2h réseau EURO mapping functions VMF1 27
Confirmer les résultats Perspectives Tester d autres modèles ou paramétrages (gradients) Tester et comparer à d autres logiciels (Gipsy, Gins, Bernese, ) Comparer les résultats à d autres techniques de mesure (LIDAR, ) Appliquer au suivi d événements météorologiques intenses Appliquer dans des zones calmes ou perturbées 28