Die Daten der GRACE/GRACE-FO Satellitenmissionen bilden die Grundlage für zahlreiche Studien zur globalen Grundwasserbilanz, zu hydrologischen Extremereignissen und der durch den Klimawandel bedingten Eisschmelze in den Polargebieten. All diese Studien beruhen auf monatlichen Schwerefeldmodellen der Erde, deren zeitliche und räumliche Variationen globale Massentransportprozesse abbilden. Die Satelliten dienen dabei als Testmassen in einem Freifallexperiment. Aus der genauen Beobachtung ihrer Bahnen lassen sich Rückschlüsse auf Variationen der Erdanziehungskraft und damit auf die verursachenden Massenänderungen im Erdsystem ziehen.
Dr. Ulrich Meyer, Universität Bern
Obwohl das Messprinzip vergleichsweise einfach ist, werden neben der hochpräzisen Beobachtung der Satellitenbahnen zahlreiche weitere Informationen benötigt. Nur so kann die Anziehung der interessierenden Eis- und Wassermassen von allen anderen Störkräften, welche die Bahnen der Satelliten beeinflussen, getrennt werden. Alle verwendeten Beobachtungen und Hintergrundmodelle enthalten spezifische Fehler, die meist nur unzureichend bekannt sind. Die Analysezentren haben für die Berechnung der monatlichen SchwerefeldmodellEin Schwerefeldmodell beschreibt in mathematisch kompakter Form die räumliche Verteilung der Erdanziehung (Gravitation) für eine bestimmte Zeitepoche. Die Darstellung des Gravitationspotentials für einen Punkt im Außenraum der Erde (außerhalb de...e eine Vielzahl unterschiedlicher Ansätze entwickelt, um diese Fehler möglichst effizient zu unterdrücken. Folglich gibt es nicht eine korrekte Lösung, sondern es stehen mehrere miteinander konkurrierende Schwerefeld-Zeitreihen zur Verfügung, die sich im Wesentlichen durch ihr Signal-Rausch-Verhältnis unterscheiden.
Die Unterschiede zwischen den Einzellösungen beeinflussen im Besonderen die Analyse kleinräumiger Transportvorgänge, wobei „kleinräumig“ im Zusammenhang mit den GRACE-Produkten vor allem räumliche Skalen kleiner 500 km betrifft. Betrachtet man zum Beispiel die aus GRACE-FO abgeleiteten Massenvariationen im Donaubecken, so stimmt die aus den verschiedenen Zeitreihen berechnete langjährige KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...tologie gut überein. Die Abweichungen der einzelnen Monatslösungen gegen die KlimaIm Unterschied zum Wetter, das sich auf tagesaktuelle oder sehr kurzfristige Ereignisse bezieht, meint Klima einen mittleren Zustand in der Atmosphäre über einen längeren Zeitraum von 30 bis 40 Jahren hinweg. Beobachtet werden dabei alle Vorgänge...tologie, welche die wesentlichen Informationen über Flut- oder Dürreereignisse enthalten, streuen jedoch erheblich.
Um den Wissenschaftler:innen die Wahl der Schwerefeldvariationen zu vereinfachen, hat der Combination Service for Time-Variable Gravity fields (COST-G) der International Association of Geodesy (IAG) im Sommer 2019 seine Arbeit aufgenommen. Der Analyse-Center-Coordinator in Bern untersucht die Zeitreihen der GRACE/GRACE-FO Analysezentren auf ihren Signalgehalt und kombiniert die monatlichen SchwerefeldmodellEin Schwerefeldmodell beschreibt in mathematisch kompakter Form die räumliche Verteilung der Erdanziehung (Gravitation) für eine bestimmte Zeitepoche. Die Darstellung des Gravitationspotentials für einen Punkt im Außenraum der Erde (außerhalb de...e nach dieser Qualitätskontrolle mit einem statistisch robusten Verfahren. Die kombinierten Modelle werden am GeoForschungsZentrum in globale Karten der Wasser- oder Eismassenvariationen umgerechnet und der weltweiten Nutzergemeinschaft über das GravIS-Portal zur Verfügung gestellt.
Neben der Bereitstellung konsolidierter und validierter Karten der globalen Massenvariation ist die Vernetzung der Analysezentren und eine transparente Diskussion der Qualitätskontrolle und Kombination ein weiteres wichtiges Ziel von COST-G. Zu diesem Zweck finden jährliche Treffen der Analysezentren statt, die bislang am International Space Science Institut (ISSI) in Bern abgehalten wurden, seit 2022 aber auch vom ISSI in Peking unterstützt werden. Eine Ausweitung der Kombination auf die ebenfalls sehr aktiven Analysezentren in China steht unmittelbar bevor, so dass COST-G nun im wahrsten Wortsinn eine weltumspannende Initiative ist.