Ultra-hochauflösende topographische Modellierung von Gravitationsfeldern

• Antragsteller: Dr. Christian Hirt
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276463299

Der kurzwellige Bereich des Schwerefeldes wird stark von den Signalen der topographischen Massen beherrscht und kann in der Praxis über topographische Datensätze modelliert werden. Da gegenwärtige Messverfahren das Schwerefeld in seiner Gesamtheit weder räumlich noch spektral vollständig erfassen können, nehmen topographische Techniken eine Schlüsselrolle in der Modellierung der Feinstruktur von Schwerefeldern ein. Globale Schwerefeldmodelle mit sehr hoher räumlicher Auflösung - z.B. km-Bereich oder feiner - sind in das Interesse der aktuellen Forschung gerückt. Dies erfordert eine kritische Betrachtung topographischer Modellierungstechniken mit höchster Auflösung.In diesem Forschungsprogramm sollen topographische Modellierungstechniken mit ultra-hoher Auflösung eingehend untersucht werden. Im ersten Projektabschnitt wird zunächst Augenmerk auf spektrale Methoden gelegt, und deren numerische Genauigkeit und Stabilität als Funktion der Auflösung analysiert. Dabei wird die Auflösung erstmalig bis auf 1-km Skalen oder Grad und Ordnung 21,600 erhöht werden. Defizite von häufig genutzten Residualen Modellierungstechniken (RTM) sollen im zweiten Abschnitt durch Entwicklung neuartiger Korrekturterme beseitigt und damit relative Fehler im Schweresignal von etwa 10% behoben werden. Dies wird die Anwendbarkeit und Genauigkeit von RTM für die zukünftige Erstellung ultra-hochauflösender Schwerefeldkarten verbessern. Diese und weitere Untersuchungen werden die methodischen Grundlagen im Bereich der ultra-hochauflösenden topographischen Schwerefeldmodellierung deutlich vergrößern.Eine Kombination aus den beiden untersuchten Modellierungstechniken (räumliche und spektrale Methoden) soll dann erstmalig für eine vollständige und genaue Transformation der globalen Erdtopographie mit 90 m Auflösung in topographische Schwere angewendet werden. Dabei werden die Erkenntnisse und methodische Verbesserungen aus den ersten Projektabschnitten angewendet und Supercomputer mit Paralleltechnik eingesetzt, um die Herausforderung der hochauflösenden globalen Vorwärtsmodellierung (etwa 200,000 CPU-Stunden) zu lösen. Das topographische Schwerefeld wird für eine umfassende Charakterisierung - u.a. in Form von Gradvarianzmodellen und Signalstärken - genutzt. Der Datensatz wird in Form von topographischen Schwereeffekten öffentlich verfügbar gemacht und kann als Input für zukünftige sehr hochauflösende Schweremodellierungen in der Geodäsie und für in-situ Reduktion von gemessener Schwere in der Geophysik weltweit genutzt werden. Da umfangreiche Neuberechnungen von topographischen Reduktionen in Zukunft wegfallen, ist mit diesen Arbeiten ein erheblicher Nutzen verbunden.Zu ausgewählten Fragestellungen werden Vergleichsrechnungen mit detaillierten Topographiemodellen des Mondes angestellt. Die angestrebten Erkenntnisse sind von Bedeutung für die physikalische Geodäsie, Geophysik und Bereiche der planetaren Wissenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen