Atmosphere and Climate Explorer ACE

1
Atmosphere and Climate Explorer ACE

• Gebruik van Radio Occultatie voor
  Klimaatonderzoek
• S.J.M. Barlag, 13-4-4

2
Atmosphere and Climate Explorer missie

• ACE levert
• verticale profielen van simultane waarnemingen
  van temperatuur, waterdamp en druk met hoge
  resolutie, mondiale dekking en zeer nauwkeurige
  calibratie
• Door middel van
• metingen van occultatie van radiosignalen
• een adequate balans tussen aangetoonde L-band
  GNSS en innovatieve X/K-band LEO-LEO
  occultatietechnieken
• Ten behoeve van
• monitoring van klimaatvariabiliteit
• detectie van klimaattrends
• validatie van atmosfeer- en klimaatmodellen
• studie van thermodynamische (verticale)
  atmosfeerprocessen
• Met als bonus
• Ionosferische electrondichtheid
• demonstratie van GALILEO-LEO occultaties
• demonstratie van LEO-LEO occultaties

3
Wat is het probleem om op te lossen?
Impacts of WV?20, CO2x2 and T1 on Outgoing Long
Wave radiation
4
Waterdamp toename volgens model
850-300 hPa gemiddelde - toename bij 2xCO2
Bestaande datasets (TOVS, r.s.) geven geen
uitsluitsel ACE simultane T, q, P meting ?
conversie q-f
5
ACE Scientific Mission Requirements
6
ACE Scientific Mission Requirements
7
ACE Observation Technique GNSS Occultation
Component

• L-band GPS GALILEO Occultation
• Exploits refraction of L-band signals along limb
  paths
• Provides measurements of ? phase path
  delay/Doppler shift ? atmospheric bending angle ?
  refractivity profile ? temperature, humidity,
  pressure
• Principle like GRAS on Metop

8
ACE Observation Technique LEO-LEO Occultation
Component
GPS / GALILEO
ACE L-Band Receiver K/X-Band Transmitter 2
Satellites at ?850km

• Exploits refraction absorption of X/K-band
  signal (10, 17, 22GHz near water vapour
  absorption line) between ACE transmitting and
  receiving satellites (2 pairs ? 4 satellite
  constellation)
• Measurements of transmission and Doppler shift ?
  absorption, bending angle, complex refractivity ?
  temperature, humidity, pressure
• Advantage over GNSS-LEO occultation temperature
  and water vapour measured independently
• Disadvantage low horizontal sampling,
  technologically challenging, impact of
  tropospheric scintillation

ACE L-Band Receiver K/X-Band Receiver 2
Satellites at ?650km
9
Verschillen GNSS-LEO en LEO-LEO
10
ACE constellation concepts

• Concept 1
• 2 orbital planes, counter-rotating sats
• 2 micro-satellites/plane
• polar inclination (i 90)
• 2 altitudes (650 850 km)
• antenna FOV / 7 in azimuth
• best LEO-LEO performance/link budget

• Concept 2
• also 2 orbital planes
• 2 satellites/plane, sun-synchronous (Metop
  orbit)
• also opposite nodal crossing (counter-rotating)
• 2 altitudes (650 850 km)
• antenna FOV / 25 in azimuth
• may be favorable in terms of cost (due to
  sun-sync)

11
Global coverage for 4 satellites constellation in
sun-synch. orbit
LEO-LEO daily coverage
LEO-LEO monthly coverage

• Coverage
• LEO-LEO
• ? 240 profiles/day
• ?7000 profiles/month
• GPS-LEO GALILEO-LEO
• ?5000 profiles/day
• 24 GPS 30 GALILEO sats

GPS-LEO daily coverage
12
ACE potentie

• Weersverwachting en atmosfeeranalyse
• Levering in near real time
• Boven oceaan en tropen (waar geen radiosondes)
• Verticale resolutie beter dan NOAA-HIRS
• Troposferische turbulentie
• Door profielen van refractie-index
• Ionosfeer en weer in de ruimte
• Verticale structuur ionosfeer

13
International Context
ACE