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Informationen zur weltweiten Massenumverteilung im System Erde liefern einen wichtigen Beitrag zur Erforschung des globalen Klimas und helfen damit, aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen zu beantworten. Massenumverteilungen verursachen kleine Änderungen im Schwerefeld der Erde. Deren Beobachtung hilft, die dafür verantwortlichen Prozesse und deren Wechselwirkungen besser zu verstehen.

Im Unterschied zu anderen Messmethoden erlaubt es die Satellitengravimetrie, diese Veränderungen global und mit gleichbleibender Genauigkeit zu beobachten. Die Satellitenmission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) ist derzeit die einzige dezidierte Mission welche Beobachtungen des Schwerefeldes ermöglicht.

Um das Krisenmanagement in Notfällen zu unterstützen, wird derzeit am Aufbau eines Schwerefelddienstes gearbeitet. Ein wichtiger Aspekt eines derartigen Dienstes ist die Bereitstellung von verlässlichen Informationen. Das System stützt sich derzeit allerdings ausschließlich auf GRACE-Beobachtungen. Um den Dienst zuverlässiger zu machen, ist es von Vorteil, zusätzliche unabhängige Beobachtungen hinzuzufügen.

Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist großräumige Massenveränderungen mittels high-low satellite-to-satellite tracking (hlSST) Beobachtungen zu erfassen. Bei diesem Verfahren werden Messungen mittels Global Positioning System (GPS) dazu verwendet, um die Bahn eines niedrig fliegenden Satelliten hochpräzise zu bestimmen. Aus dem Satellitenorbit kann anschließend das Schwerefeld der Erde abgeleitet werden.

Limitierender Faktor, hinsichtlich räumlicher und zeitlicher Auflösung, ist dabei die Genauigkeit der GPS Beobachtungen. Um eine sinnvolle Ergänzung und Alternative zu den GRACE-Beobachtungen zu bieten, müssen hlSST-Daten durch weitere Messungen unterstützt werden. Insbesondere eine Verbesserung der räumlichen Auflösung ist von hoher Bedeutung für Forschungen basierend auf Schwerefeldmessungen.

Auflastbewegungen der Erdkruste können zur Beobachtung von lokalen Veränderungen im Schwerefeld der Erde verwendet werden und damit Rückschlüsse auf Massentransporte liefern. Die Bewegung der Erdkruste wird mittels GPS-Permanentstationen weltweit beobachtet. Durch die Kombination von terrestrischen und satellitengestützten Beobachtungen ist es möglich, die Genauigkeit der Schwerefeldbeobachtungen zu steigern, zumindest für kontinentale Gebiete mit ausreichender Stationsdichte.

Für Anwendungen im Bereich der Hydrologie oder Glaziologie ergibt sich dadurch ein deutlicher Mehrwert. Derzeit wird die Beobachtung von Auflastbewegungen meist für regionale Anwendungen oder zur Validierung eingesetzt. Die Kombination von Auflastbewegungen und hlSST-Daten in globalem Maßstab, unabhängig von einer spezifischen Anwendung und dezidierten Satellitenmissionen, ist neu und innovativ.

Resultate mit einer höheren Genauigkeit und räumlichen Auflösung als reine hlSST-Daten bieten detaillierte und wertvolle Informationen über Massenumverteilungen im System Erde. Somit tragen sie zu den weltweiten Bemühungen um ein besseres Verständnis des Klimas und der Umwelt bei. Eine zukünftige Einbindung dieser Beobachtungen in einen operationellen Schwerefelddienst wird dessen Qualität und Zuverlässigkeit erhöhen und macht ihn damit weniger anfällig gegenüber Ausfällen bei einer der Messmethoden.

Projektleitung

TU Graz

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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Torsten Mayer-Gürr
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