Combination of geodetic space observations for estimating cryospheric mass changes and their impact on Earth rotation
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projektes wurden kryosphärische Massenverlagerungen und ihre Auswirkungen auf die Erdrotation mit Hilfe von verschiedenen geodätischen Raumbeobachtungen (GRACE, Altimetrie) bestimmt. Die Beiträge der Inlandgletscher zum integralen Anregungsmechanismus der Polbewegung sind sehr klein (1-3%) und können zum Teil mit GRACE, aufgrund ihrer kleinen Fläche, nicht so genau ermittelt werden. Deshalb ist es besser wenn diese Beiträge nicht getrennt von denen der kontinentalen Hydrosphäre betrachtet werden. Wohingegen die Anregungsmechanismen der beiden Eisschilde mit gravimetrischen und geometrischen Raumbeobachtungen besser bestimmbar sind, als die der Ozeane und der kontinentalen Hydrosphäre. Die Schwerefeldmission GRACE hat den Vorteil, dass die Eismassenänderungen direkt für die gesamte Fläche der beiden Eisschilde beobachtet werden können. Wohingegen die Altimetermissionen eine höhere räumliche Auflösung besitzen und die räumlich detaillierten Informationen nicht wie bei den GRACE Beobachtungen verschmiert werden. Es wurden zahlreiche Inter-Technik Kombinationen verschiedener Beobachtungsverfahren zur Bestimmung einzelner bzw. mehrerer geophysikalischer Anregungsmechanismen der Erdrotation durchgeführt, um die Stärken der jeweiligen Techniken auszunutzen und die Schwächen zu reduzieren. Auf diese Weise konnten nicht nur die Auswirkungen von kryosphärischen Massenverlagerungen auf die Erdrotation besser bestimmt werden, sondern auch die Beiträge der anderen Subsysteme der Erde. Während die geophysikalischen Modelle (ohne AIS und GIS) nur 37% (휒1 ) bzw. 62% (휒2 ) der Varianz des integralen Anregungsmechanismus beschreiben, erklärt die ITSG-GRACE2018 Lösung in Kombination mit den geophysikalischen Modelllösungen etwa 86% bzw. 83%. Durch die simultane, geodätische Bestimmung aller geophysikalischen Anregungsmechanismen konnte die erklärte Varianz im Rahmen dieses DFG-Projektes signifikant verbessert werden (98% bzw. 96%). Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Studie ein geeigneter Ansatz zur Reduktion der Filtereffekte der mit Hilfe von GRACE Gravitationsfeldmodellen bestimmten geophysikalischen Anregungsmechanismen der Polbewegung entwickelt. Dieser Ansatz ist unabhängig von geophysikalischen Modellinformationen und kann zur Ermittlung verschiedener Beiträge der Subsysteme der Erde eingesetzt werden. Er eignet sich nicht nur zur Bestimmung von geophysikalischen Anregungsmechanismen sondern auch zur Bestimmung von Wasserspeicher- und Eismassenänderungen bestimmter Einzugsgebiete (Flüsse, Gletscher). Der Rechenaufwand ist gering und mit Hilfe von Simulationen kann die Genauigkeit der Untersuchungsgebiete geschätzt werden. Somit können die Ergebnisse dieses Projektes auch genutzt werden, um ein besseres Verständnis von geophysikalischen Prozessen und Zusammenhängen zu erreichen und geophysikalische Modelle weiterzuentwickeln. Unsicherheiten in den GRACE Gravitationsfeldmodellen, Potentialkoeffizienten 1. Grades und GIA Modellen wirken sich nach wie vor stark auf die Bestimmung von Massenverlagerungen und ihre Auswirkungen auf die Erdrotation aus. Deshalb sollte weiterhin an der Verbesserung dieser Komponenten gearbeitet werden. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Verlängerung des Zeitraums bis 2021 mit GRACE Follow On und SWARM Daten viel versprechend ist. Im Bereich der Satellitenaltimetrie stellt die Volumen-Massen-Transformation, sowohl in den Ozeanen als auch in der Antarktis und Grönland, einen großen Unsicherheitsfaktor dar sowie die Datenlücken aufgrund der Inklination der Altimetersatelliten und in rauen Gebieten in denen kein Retracking möglich ist. In Bezug auf GIS wäre es erstrebenswert, wenn man auch Altimeterdaten für die peripheren Gletscher entlang der Küste hätte.
Publications
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(2018): Mass-related excitation of polar motion: an assessment of the new RL06 GRACE gravity field models. Earth, Planets and Space, 70(1)
Göttl F., Schmidt M., Seitz F.
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(2019): Reducing filter effects in GRACE-derived polar motion excitations. Earth, Planets and Space, 71(71)
Göttl F., Murböck M., Schmidt M., Seitz F.
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(2021): The influence of Antarctic ice loss on polar motion: an assessment based on GRACE and multi-mission satellite altimetry. Earth, Planets and Space, 73(1)
Göttl F., Groh A., Schmidt M., Schröder L., Seitz F.
