Geophysikalische Massensignale aus Satellitenmissionen: Beiträge zur Verbesserung der GRACE-Auswertung und zur Kombination komplementärer Informationen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Horwath
• Fachliche Zuordnung: Geophysik und Geodäsie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 85235121

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt hatte Verbesserungen in der Auswertung der Satellitengravimetrie-Mission GRACE und eine Kombination von GRACE mit komplementären Informationen, insbesondere ENVISAT-Radaraltimetrie, zur Bestimmung von Veränderungen des Antarktischen Eisschilds zum Ziel. Die Arbeiten zur Verbesserung der GRACE-Auswertung konzentrierten sich, in Berücksichtigung neuerer Entwicklungen, auf die Beseitigung von Artefakten in GRACE-Lösungen, die auf Fehler in den Level-1-Daten zur K-Band-Abstandsmessung zwischen den beiden GRACE-Satelliten zurückzuführen waren. Diese Fehler bestanden in einem konstanten Bias der Daten zur Ausrichtung der K-Band-Antennenphasenzentren relativ zur Richtung des jeweiligen Zwillingssatelliten. Durch einen Rekalibrierungsansatz konnte der Bias weitgehend behoben werden. Der Effekt der Rekalibrierung wurde auf der Ebene von Residuen der K-Band-Entfernungsraten, auf der Ebene von zeitvariablen Schwerefeldlösungen und auf der Ebene abgeleiteter geophysikalischer Massensignale untersucht. Die reduzierten systematischen Fehler haben das 6- bis 11-fache des sogenannten GRACE-Baseline-Fehlerniveaus, einer Fehler-Spezifikation, die im Vorfeld der Mission unter idealisierten Bedingungen formuliert wurde. Damit wurde eine wesentliche Ursache dafür aufgedeckt, dass bisherige GRACE-Lösungen weit über dieser Fehlerspezifikation liegen. Diese Arbeiten haben dazu beigetragen, dass die Verbesserung der Geometrie der Satellitenausrichtung als wichtige Aufgabe in die Level-1-Reprozessierung des GRACE Science and Data Systems aufgenommen wurde. Der Vergleich und die Kombination zwischen GRACE und ENVISAT-Radaraltimetrie erbrachten vor allem für nichtlineare, interannuale Signale wegbereitende Ergebnisse. Die Interpretation nichtlinearer Anteile in GRACE-basierten Massenänderungszeitreihen für Antarktika ist gegenwärtig ein wichtiger und auch kontrovers diskutierter Gegenstand der internationalen Forschung. Es konnte gezeigt werden, dass beide Methoden, GRACE-Satellitengravimetrie und ENVISAT-Radaraltimetrie, bei Berücksichtigung ihrer unterschiedlichen Charakteristika interannuale Signale konsistent beschreiben. Die durch die Radaraltimetrie verfügbaren hochaufgelösten räumlichen Muster dieser Variationen lassen Fluktuationen der Oberflächen-Massenbilanz als eine wesentliche Ursache erkennen. Ein spezielles Akkumulationsereignis in Westantarktika im Jahr 2005 konnte genauer beschrieben und quantifiziert werden. Diese Ergebnisse eröffnen Möglichkeiten zu weitergehenden Kombinationen von Verfahren, insbesondere zur Validierung von Variationen der Oberflächen-Massenbilanz aus Atmosphärenmodellen durch die geodätischen Ergebnisse aus Satellitenaltimetrie und -gravimetrie.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• GOCE, satellite gravimetry and Antarctic mass transports. Surveys in Geophysics, 2011
  R. Rummel, M. Horwath, Weiyong Yi, A. Albertella, R. Haagmans und W. Bosch
  
• Improved GRACE science results after adjustment of geometric biases in the Level-1B K-band ranging data. Journal of Geodesy 85(1):23–38, 2011
  M. Horwath, J.-M. Lemoine, R. Biancale und S. Bourgogne