Verbesserte Ionosphärenkorrektur für die Satellitenaltimetrie (IDA)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Denise Dettmering; Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536704090

Der Meeresspiegelanstieg ist ein wichtiger Indikator für den Klimawandel. Die Satellitenaltimetrie beobachtet seit etwa 30 Jahren die Veränderung des Meeresspiegels. Um aus diesen Messdaten hochgenaue und langfristig stabile Informationen zu gewinnen, müssen die Beobachtungen um ionosphärische Laufzeitverzögerungen korrigiert werden. Inhalt dieses Projekts ist die Untersuchung und Kombination verschiedener derzeit verwendeter Ionosphärenkorrekturen für Satellitenaltimetermessungen mit dem übergeordneten Ziel, eine innovative verbesserte Ionosphärenkorrektur zu entwickeln, die nicht nur von bestmöglicher Qualität ist, sondern zusätzlich über allen Oberflächentypen (offener Ozean, Küsten- und Polargebiete, Binnengewässer) und für die gesamte Altimetrieperiode (1992 bis heute) konsistent einsetzbar. Im Rahmen des Projekts wird eine Methode zur Berechnung von DORIS-basierten Ionosphärenkorrekturen (entlang der Altimeter Spur) entwickelt. Darüber hinaus werden zwei verschiedene Kombinationsansätze entwickelt, um Ionosphärendaten vom Altimeter und vom DORIS-Empfänger mit GNSS-basierten Modellinformationen zu koppeln: (1) eine moderne, auf maschinellem Lernen basierende Methode und (2) eine innovative analytische Lösung, die auf lokalisierten B-Spline-Funktionen basiert. Beide Methoden werden im Hinblick auf Genauigkeit, Langzeitstabilität und Effizienz verglichen. Auf der Grundlage der entwickelten innovativen Methoden wird das Projekt die folgenden Forschungsfragen beantworten: (1) Wie unterscheiden sich die existierenden Ionosphärenkorrekturen in Bezug auf Genauigkeit und Anwendbarkeit für spezifische Studien (z.B. Studien zum Meeresspiegel-Trend, Abschätzung der Meeresflut)? (2) Welchen Nutzen hat die Verwendung von DORIS-Beobachtungen zur Korrektur von Satellitenaltimetermessungen um ionosphärische Effekte? (3) Wie kann maschinelles Lernen zur Verbesserung der Ionosphärenkorrekturen für die Satellitenaltimetrie beitragen? (4) Wie kann eine optimale Ionosphärenkorrektur für die Satellitenaltimetrie abgeleitet werden, und wie wirkt sie sich auf wissenschaftliche Untersuchungen des Meeresspiegels aus, z. B. auf die Ableitung des globalen mittleren Meeresspiegelanstieg und der Ozeangezeiten? Das Projekt wird sich auf die Entwicklung und Validierung von Algorithmen und erste Folgeabschätzungen konzentrieren. Es wird daher nur ausgewählte Altimetriemissionen (hauptsächlich Jason-3, Envisat und Sentinel-3A) und nur kürzere Zeiträume verarbeiten, die jedoch alle Phasen der Sonnenaktivität abdecken. Damit wird der Grundstein für die spätere Verarbeitung der gesamten verfügbaren Daten aller Satellitenaltimetermissionen über mehr als 30 Jahre gelegt. Dies ist im Anschluß an das Projekt geplant, und die daraus resultierenden Korrekturen werden dann für wissenschaftliche Anwendungen zur Verfügung gestellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen