Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

wicklung divergieren die Abschätzungen
des globalen Meeresspiegeltrends aus
Altimeterdaten je nach verwendeten
Kalibrierungen und Korrekturalgorithmen
noch signifikant. Eines unserer Ziele
ist es daher, die besten Kalibrations- und
Korrekturalgorithmen auszuwählen und
sie gegebenenfalls zu optimieren. Optimierte
Altimeterdaten erlauben die hochgenaue
Bestimmung von mittleren Meeresspiegelhöhen
und deren zeitliche Variabilität.
Durch die Verknüpfung mit den
neuen und hochgenauen Schwerefeldern
der GRACE-Mission ergibt sich zudem
die Möglichkeit zu unterscheiden, ob
Änderungen des Meeresspiegels in der
Massen- und/oder der Dichtebilanz des
Ozeans ihren Ursprung haben.
Optimierung der Altimeterdaten
Sowohl für Untersuchungen des globalen
Meeresspiegelanstiegs, insbesondere der
Massenänderungen im Ozean, als auch
der mittleren Meerestopographie werden
sehr hohe Anforderung an die Genauigkeit
der Altimeterdaten gestellt. Vorhandene
Kalibrations- und Korrekturalgorithmen
wurden daher für die verschiedenen
Missionen mit statistischen
Methoden systematisch untersucht,
wobei fortwährend neu entwickelte Algorithmen
integriert wurden. Speziell aus
dem Vergleich verschiedener zeitlich überlappender Missionen
(TOPEX, ERS-2, Jason-1) konnten Inkonsistenzen
in den bisher verwendeten Korrekturalgorithmen festgestellt
werden. Aus diesen Ergebnissen resultierten beispielsweise
Verbesserungen in der Ionosphärenkorrektur
für die ERS-2-Daten und im „sea state bias“ für die
TOPEX-Daten. Deutliche Verbesserungen in den Altimetrie-Resultaten
konnten durch eine vereinheitlichte Neuberechnung
der Satellitenbahnen von ERS-1, ERS-2 und
TOPEX auf Grundlage der GRACE-Schwerefelder
erreicht werden. Erste Untersuchungen der ebenfalls neu
berechneten GEOSAT-Satellitenbahnen zeigen auch für
diese relativ alten Daten deutliche Verbesserungen.
Ein großes Verbesserungspotential besteht noch für Daten
aus Gebieten mit Meereisbedeckung. Das von der Meeresoberfläche
zum Satelliten reflektierte Signal wird
durch das Eis verformt, wodurch die mittels Standardalgorithmen
ermittelten Meereshöhen einen relativ großen
Fehler aufweisen können (Abb. 1.43). Zur Verbesserung
solcher Daten aus gerade für die Klimaforschung interessanten
Gebieten wurde ein sogenannter Waveform-Simulator
für Eis und Schnee entwickelt. Mithilfe dieses Simulators
sollen in Zukunft die Prozessierungsalgorithmen an
solche speziellen Situationen angepasst und die vorhandenen
Daten reprozessiert werden. Ein weiteres aussichtsreiches
Anwendungsgebiet des Waveform-Simulators
liegt in der GPS-Altimetrie.
Abb. 1.43: Zeitlicher Verlauf der Intensität des vom Satelliten empfangenen
Signals nach Reflektion an verschiedenen Oberflächen (Wasser, Eis und Wasser
mit Meereis) simuliert mit dem am GFZ Potsdam entwickelten Waveform-Simulator.
Radar signal power as a function of time received by the satellite after reflection
from different surfaces (water, ice and water covered by ice floes) as
simulated by GFZ Potsdam's waveform simulator.
Mittlere Meeresspiegelhöhen und Ozeantopographie
Aus den optimierten Altimeterdaten wurde ein konsistentes
Modell des mittleren Meeresspiegels (Mean Sea Surface
Height) sowie seiner Fehler abgeleitet. Solche Modelle
des mittleren Meeresspiegels sind eine wesentliche Voraussetzung
für die Schätzung von räumlich hoch aufgelösten
kombinierten Schwerefeldmodellen. Diese zusätzliche
Information stellt damit für viele geowissenschaftliche
Anwendungen eine wesentliche Ergänzung zu den
Daten der CHAMP- und GRACE-Missionen dar.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten am GeoForschungsZentrum
liegt auf der Kombination der Radaraltimetrie
mit den aus GRACE-Daten abgeleiteten Schwerefeldmodellen.
Das Resultat dieser Kombination, die dynamische
Ozeantopographie kann einerseits durch den
Vergleich mit in situ gemessenen Ozeantemperaturen und
-salzgehalten sowie mit den Ergebnissen von Ozeanzirkulationsmodellen
zur Validierung der verwendeten Schwerefeldmodelle
herangezogen werden. Zum anderen ist die
Kenntnis der mittleren dynamischen Ozeantopographie
selbst grundlegend für verschiedene Untersuchungen in
der Meeres- und Klimaforschung. So ermöglicht eine Verbesserung
der mittleren dynamischen Ozeantopographie
eine genauere Bestimmung ozeanischer Massen- und
Wärmetransporte. Zusätzlich ist sie eine wichtige Eingangsgröße
für numerische Ozeanzirkulationsmodelle.
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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