Gravitationsfeldmodellierung der Erdtopographie für GEOdetische und GEOphysikalische Anwendungen (GRAV4GEO)

• Antragstellerin: Dr. E. Sinem Ince, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505165206

Das Erdschwerefeld spielt in den Geowissenschaften eine entscheidende Rolle. Im globalen Maßstab ist der Zugang zu diesem Potentialfeld dabei nur über mathematische Modellierung möglich. Das unregelmäßige Schwerefeld formt die mittlere Meeresoberfläche und erlaubt, oberflächennahe Meeresströmungen zu bestimmen und Höhensysteme weltweit zu vereinheitlichen. Außerdem lassen sich damit Studien über die Kartierung von Massenverteilungen vervollständigen, die bestimmte Prozesse im Erdinnern wie Plattentektonik, Mantelkonvektion, Ozeanbodenspreizung und Vulkanausbrüche widerspiegeln. Die derzeit verfügbaren globalen Schwerefeldmodelle sind in ihrer räumlichen Auflösung aber begrenzt, weil die zugrundeliegenden Satellitendaten und terrestrischen Schweremessungen auch nur eine beschränkte räumliche bzw. spektrale Auflösung aufweisen. Digitale Geländemodelle (DEMs) mit globaler Abdeckung und hoher räumlicher Auflösung können jedoch zusammen mit lateral variierenden Dichte-Daten dazu verwendet werden, die Auflösung vorhandener Schwerefeldmodelle über ihre Grenzen hinaus zu erweitern. In diesem Projekt ist vorgesehen, ein sehr hochauflösendes topografisches Gravitationsmodell zu berechnen, indem das Newtonsche Gravitationsgesetz mit aktuellen DEMs und neuen, lateral variierenden Dichtemodellen direkt integriert wird. Die Resultate dieses Projektes werden sein: 1) Höhere spektrale und räumliche Auflösung globaler Schwerefeldmodelle inkl. Reduktion des sog. Omission-Fehlers und Bereitstellung von Fehlerschätzungen, 2) Deutlich höhere Genauigkeit der topografischen Schwerfeldmodellierung durch Verwendung lateral variierender Dichtewerte statt der üblicherweise verwendeten gemittelten Dichtewerte, 3) Schwere-Informationen für schwer zugängliche Gebiete, die bzgl. des Schwerefeldes nur schlecht erschlossen sind, aber dennoch eine wichtige Rolle im Erdsystem spielen, 4) Verbesserung der Geländereduktion zur Untersuchung des Inhomogenitäten des Schweresignals der Erdkruste (Bouguer-Anomalien). Dies sollte 3D-Modellierung von Kruste und Lithosphäre unterstützen, insbesondere in geologisch komplexen Gebieten, 5) Algorithmen zur Überwindung der in der Beta-Version unserer Berechnungs-Software noch existierenden Instabilitäten und Approximations-Probleme. Am Ende des Projektes soll ein Schwerefeldmodell mit einer räumlichen Auflösung von 9 km bis 2 km verfügbar sein. Im Unterschied zu existierenden topografischen Schwerefeldmodellen sollen auch Genauigkeitsabschätzungen mitgeliefert werden. Das Projekt wird zu einem verbesserten globalen Erdschwerefeldmodell führen, das eine genauere Referenzfläche für ein internationales Höhenbezugsssystem und eine Grundlage für eine bessere geophysikalische Modellierung liefert, insbesondere in Regionen mit starken Dichtediskontinuitäten. Ein zentraler Punkt in diesem Projekt ist die noch nicht untersuchte Frage, inwieweit eine solche Schwerefeldmodellierung zur Erdsystemforschung in Geodäsie und Geophysik beitragen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen