Radarentwicklung für Weitwinkelmessungen zur Charakterisierung der Eisrheologie (RaWer)

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Drews; Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 579092097

Die Eisschilde in Grönland und der Antarktis sind zentrale Elemente des globalen Klimasystems. Sie beeinflussen nicht nur den Meeresspiegel, sondern wirken auch als Motoren der Meereszirkulation. Um ihre Dynamik besser zu verstehen und zukünftige Entwicklungen zuverlässiger vorhersagen zu können, werden in numerischen Modellen Eisströme bislang meist als isotrope, viskose Flüssigkeit beschrieben. Diese Annahme greift jedoch zu kurz, da die tatsächliche Eisrheologie – also der Zusammenhang zwischen Spannung und Deformationsrate – maßgeblich von anisotropen Effekten geprägt ist. Die Anisotropie ergibt sich aus der hexagonalen Kristallstruktur von Eis, die dazu führt, dass sich makroskopische Eistexturen richtungsabhängig unterschiedlich verformen lassen. Dies beeinflusst das Fließverhalten, die Entstehung von Eisströmen sowie die stratigraphische Struktur im Eis, die wiederum für Klimarekonstruktionen aus Eiskernen von Bedeutung ist. Um diese Anisotropie zu erfassen, eröffnen Radar-Weitwinkelmessungen neue Perspektiven. Dabei wird ein großer bistatischer Winkel zwischen Sender und Empfänger benötigt, wodurch sich Informationen über die kristalline Ausrichtung entlang der Eistiefe gewinnen lassen. Erste Studien belegen, dass sich aus solchen Messungen die anisotrope Eistextur ableiten lässt. Eine Validierung ist durch den Abgleich mit Eiskerndaten möglich. Allerdings existiert bislang keine Technik, die flächendeckende Weitwinkelmessungen ermöglicht. Deshalb verfolgt das beantragte Projekt das Ziel, ein phasenkohärentes Bodenradar mit Antennenabständen von mehreren hundert Metern und kabelloser Synchronisation zu entwickeln. Dies ist eine besondere technische Herausforderung, da gleichzeitig eine hohe Dynamik abgedeckt werden muss, um sowohl schwache interne Reflexionen als auch starke Signale an der Basis des Eisschildes aufzulösen. Wissenschaftlich soll mit diesem System die anisotrope Eis- und Firntextur bestimmt und deren Kopplung an das Fließverhalten untersucht werden. Damit lassen sich nicht nur Modelle zur Eisrheologie verbessern, sondern auch weiterführende Fragen in der Glaziologie bearbeiten – etwa die Rekonstruktion der Eistemperatur oder die Charakterisierung der Eigenschaften an der Eis-Felsbett-Grenze. Das Projekt verbindet daher technische Innovation mit geophysikalischer Anwendung. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Mikrowellentechnik und Geophysik ist entscheidend, um die neuen Radarsysteme zu entwickeln und gleichzeitig relevante Klimafragen zu adressieren. Gelingt die Etablierung dieser Methode, könnte sie nicht nur die Eisdynamikforschung revolutionieren, sondern auch in anderen Bereichen der terrestrischen Geophysik Anwendung finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Rebecca Schlegel; Dr. Daniel Werbunat