Vermeidung von Messfehlern

Messfehler haben zahlreiche Ursachen, und ihre Vermeidung ist eine lohnenswerte Herausforderung. Neue Methoden der Fehleranalyse, mit denen dieses Thema in Angriff genommen wird, werden das Vertrauen in satellitenbasierte Messungen der Erdatmosphäre erhöhen.

In der Wissenschaft gelten Messfehler als unvermeidbar. Es wird immer Unterschiede bei verschiedenen Messungen zum selben Thema geben. Gründe dafür liegen entweder in einer veränderten Aufgabenstellung oder in unterschieldichen Messmethoden. Die Statistik hat Wissenschaftlern bereits viele Instrumente zur Verfügung gestellt, um dieses Problem in den Griff zu bekommen, insbesondere durch die Isolierung und Quantifizierung unterschiedlicher Fehlertypen.

Eine Forschungsgruppe aus Oxford hat nun neue Methoden zur Analyse von Messfehlern entwickelt, die mit Satellitenmessungen atmosphärischer Konstituenten vom Weltraum aus in Zusammenhang stehen. So stellt der Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) an Bord von Envisat Spektralmessungen der Eratmosphäre zur Verfügung. Nach einer komplexen Verarbeitung kann aus diesen Spektren die Konzentration von Treibhaus- und anderen Gasen abgeleitet werden.

Die Ergebnisse können jedoch durch Fehler verfälscht werden, die sich aus den Messinstrumenten selbst, der Kalibrierung, durch falsche Annahmen, die die Grundlage der Datenverarbeitung bilden usw. ableiten. Als Lösungsansatz für dieses Problem griff das Team aus Oxford auf die angewandte höhere Mathematik zurück. Es wurden neue Methoden entwickelt, wie zum Beispiel ein Selektionsalgorithmus für Mikrofenster. Die Bearbeitung der komplizierten Beziehungen zwischen den einzelnen Fehlertypen erfolgt mit Hilfe von Theorien, die durch experimentelle Daten verifiziert wurden.

Die größte Schwierigkeit liegt darin zu verstehen, wie sich diese Fehler über das System vorwärts gerichteter Strahlungsübertragungsmodelle und die darauf folgende Umkehrung vermehren. Dazu wurde eine neuartige Methode zur nachträglichen Fehleranalyse entwickelt: Die Residual and Error Correlation (REC) Analysis. Die REC-Analyse gibt Informationen über die Anzahl und die Schwere von Fehlern in den daraus resultierenden vertikalen Profilen der unterschiedlichen Gasarten. In ihrer Gesamtheit werden diese Daten den Wissenschaftlern auf der ganzen Welt den Umgang mit Daten erleichtern, die mit Hilfe von MIPAS und ähnlichen Instrumentarien gewonnen wurden.