Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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alisierung von Schwerefeldfunktionalen der Modelle und
Differenzen von Modellen steht bereits online zur Verfügung
(http://icgem.gfz-potsdam.de/ICGEM/ICGEM.
html). Geoidundulationen können farblich codiert und
illuminiert auf eine frei interaktiv drehbare oder um die
Polachse rotierende Kugel projiziert werden (Abb. 1.11).
Über ein Web-Interface können auch verschiedene Funktionale
der Schwerefeldmodelle auf wählbaren Gitterpunkten
berechnet werden. Das berechnete Gitter steht
nach wenigen Sekunden zum Download zur Verfügung.
GPS-Reflektionsmessungen mit dem OpenGPS-Empfänger
GNSS-Signale im Frequenzbereich des L-Bandes (1,2 und
1,6 GHz) weisen eine hohe Reflektivität an Wasser-, Eisund
Schneeoberflächen auf, so dass ein Teil der einfallenden
Satellitensignale wieder abgestrahlt wird. Diese an
vielen Orten der Erde frei verfügbaren reflektierten Signale
lassen sich trotz der zum Teil geringen Signalpegel
für altimetrische Zwecke nutzen. Mit einem am GFZ
modifizierten GPS-Empfänger konnten in einer Messkampagne
vom 21. bis 24. 09. 2004 vom Königsstuhl auf
der Insel Rügen aus einer Höhe von 118 m Höhenmessungen
der vorgelagerten Ostseeoberfläche gewonnen
werden. Im Gegensatz zu einem konventionellen Gezeitenpegel
können die Ozeanhöhendaten mit einem boden-
Abb. 1.12: Minütlich modellierte Verteilung von GPS-Reflexionspunkten
(grau) für einen Zeitraum von 8 Stunden (oben) und Ausschnitt eines mit 50
Werten pro Sekunde gemessenen Höhenprofils (unten).
Top: Distribution of GPS reflection events, predicted in a 1-min-sampling
within a 8-hour timespan (grey). Bottom: Extract of a measured height profil
with 50 data samples per second.
basierten GPS-Reflektometrieempfänger von einem Standort
gemessen werden, der vor Wellen und Stürmen geschützt
ist. So sind ungestörte Langzeitbeobachtungen
möglich. Weil eine Vielzahl von GPS-Satelliten zur Messung
parallel genutzt werden können, decken die Reflektionspunkte
einen großen Bereich ab (Abb. 1.12). Relative
Höhenschwankungen können mit einer Genauigkeit
von wenigen Zentimetern und einer zeitlichen Auflösung
von 50 Hz erfasst werden. Im Gegensatz zu konventionellen
Pegeldaten weisen die GPS-Reflektometriedaten
eine einheitliche Bezugshöhe/Höhenreferenz auf (z. B.
ITRF2000).
Wie gewinnt man diese altimetrischen Höheninformationen?
Einfache geometrische Überlegungen zeigen, dass
der Weg, den das reflektierte GPS-Signal zur Empfängerantenne
zurücklegt, länger ist, als der Weg des direkt empfangenen
GPS-Signals. Diese Wegverlängerung ist abhängig
von der GPS-Empfängerhöhe und der Position des
beobachteten GPS-Satelliten. Da sich die Position des
GPS-Satelliten kontinuierlich ändert, ändert sich auch
ständig der Wegunterschied zwischen dem direkten und
reflektierten Signal. An der Empfängerantenne kommt es
dann zu Interferenzen zwischen dem direkten und reflektierten
GPS-Signal, die periodische Amplitudenschwankungen
verursachen. Bei der GPS-Reflektometrie können
aus den gemessenen Amplitudenschwankungen und der
bekannten Geometrie von GPS-Empfänger
und GPS-Satellit relative Höhenschwankungen
der Wasseroberfläche am
Ort der Reflexion abgeleitet werden. Der
OpenGPS-L1-Empfänger, der auf einer
open-source Empfängersoftware, handelsüblicher
PC-Hardware und einem
modifizierten kommerziell erhältlichen
Einfrequenz-GPS-Modul basiert, kann
diese Amplitudenschwankungen mit
hoher zeitlicher Auflösung von 50 Messungen
pro Sekunde aufzeichnen und
so mit Hilfe der Trägerphasenänderung
die gezeigten Höhenprofile mit wenigen
Zentimetern Genauigkeit gewinnen
(Abb. 1.13). Obwohl in der Regel die signifikanten
Wellenhöhen der Ostsee die
Wellenlänge des GPS-Signals deutlich
überstiegen, konnten unter flachen Beobachtungswinkeln
von weniger als 8° aufgrund
des Rayleigh-Kriteriums kohärente
Reflexionen beobachtet und relative
Höhenänderungen erfolgreich abgeleitet
werden.
Unter Federführung des GFZ Potsdam
fand vom 22. 07. bis 13. 08. 2005 eine
internationale, multidiszipinär ausgerichtete
Expedition in die Tienshan-Gebirgsketten
Kirgisistans zum Inylshik-Gletschersystem
statt. Dort wurden erste
Monitoring-Aufgaben mit Hilfe des
OpenGPS-Empfängers durchgeführt. Die
seit zwei Jahrzehnten beobachtete Re-
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