Die GRACE- und GRACE-FO-Daten sind Thema zahlreicher koordinierter Forschungsvorhaben und Verbundprojekte, die unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert werden. Dabei arbeiten Wissenschaftler:innen aus Universitäten und Großforschungseinrichtungen eng zusammen, um z.B. das Abschmelzen der polaren Eisschilde, den Anstieg des Meeresspiegels oder Veränderungen im terrestrischen Wasserspeicher in Konsequenz des menschengemachten Klimawandels über einen langen Zeitraum quantitativ zu dokumentieren. Gleichzeitig werden aber auch die Auswertemethoden oder notwendige Korrekturmodelle verbessert, um die Präzision der Schwerefelddaten und abgeleiteter Massentransporte zu verbessern. Ein weiteres Hauptaugenmerk liegt auch auf der Vorbereitung von zukünftigen Schwerefeld-Satellitenmissionen wie der Doppelpaar-Mission MAGIC.
Prof. Dr. Frank Flechtner, GFZ
Verbesserte Beobachtungen des Klimawandels mit Satellitengravimetrie: Die Forschergruppe NEROGRAV
Die DFG fördert seit dem Jahr 2019 die Forschergruppe NEROGRAV (New Refined Observations of Climate Change from Spaceborne Gravity Missions) unter Beteiligung der Technischen Universität München, Universität Bonn, HafenCity Universität Hamburg sowie Freier und Technischer Universität in Berlin. Gemeinsam mit dem GFZ entwickeln die Wissenschaftler:innen neuartige Methoden und Modellierungsansätze, um die durch die GRACE- und GRACE-FO-Missionen gewonnenen Daten noch präziser auswerten zu können. Damit sollen innovative geophysikalische Anwendungen von Massentransportzeitreihen etabliert und detaillierte Empfehlungen für die Planung von zukünftigen Schwerefeldmissionen abgeleitet werden.
Beispielhaft sind zu nennen a) die Entwicklung von verbesserten Ozeangezeitenmodellen einschließlich ihrer Fehlercharakterisierung, b) eine verbesserte Parametrisierung und stochastische Modellierung der Level-1 Instrumentendaten (Beschleunigungsmesser, Intersatellitenlink, GPS) oder c) die Berechnung von täglichen bzw. Nahe-Echtzeit 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...en für z.B. eine verbesserte Flutvorhersage.
Ein verbindendes Element für individuelle Projekte: Die zentrale Hypothese
Im Zentrum der Forschergruppe steht die zentrale Hypothese, dass nur durch gleichzeitige Verbesserungen bei den wichtigsten Sensordaten, geophysikalischen Hintergrundmodellen und Schwerefeld-Prozessierungsstrategien die Auflösung, Genauigkeit und langzeitliche Konsistenz von satellitenbasierten Massentransportzeitreihen weiter verbessert werden können. Diese Verbesserungen führen dann einerseits zu einem höheren Nutzwert bereits existierender Satellitendaten von GRACE und GRACE-FO und andererseits zur vollständigen Aktivierung des Anwendungspotentials verbesserter Sensortechnologien der zukünftigen Schwerefeldmissionen wie NGGM (Next Generation Gravity Mission) bzw. MAGIC (Mass-Change and Geosciences International Constellation). Zu diesem Zweck werden durch Wissenschaftler:innen der sechs beteiligten Institutionen insgesamt sechs individuelle Kooperationsprojekte bearbeitet (Abb. 1). Ergänzt werden die Arbeiten durch die Expertise langfristig in die Forschergruppe integrierter Mercator-Fellows sowie weiterer internationaler Kolleg:innen, welche zu den jährlich stattfindenden Statustreffen der Forschergruppe eingeladen werden, um unabhängiges Feedback zu den gemachten bzw. geplanten Arbeiten zu geben.
Ergebnisse: Datensätze, Dissertationen, Fachaufsätze – und eine Herbstschule
Ein zentrales Ergebnis von NEROGRAV sind verbesserte Datensätze von bzw. für GRACE/GRACE-FO auf unterschiedlichen Prozessierungsniveaus, welche der internationalen Forschungsgemeinschaft zeitnah verfügbar gemacht werden. Dazu zählen beispielsweise verbesserte Gezeitenmodelle, eine neue Version des atmosphärisch-ozeanischen Hintergrundmodells AOD1B sowie stochastische Modelle für verschiedene instrumentelle Fehlerquellen. Insgesamt vier Dissertationen konnten bis Ende 2023 bereits abgeschlossen werden, und weitere Graduierungsarbeiten stehen kurz vor der Vollendung. Auch konnten bereits 22 Fachartikel in den ersten Jahren publiziert werden. Ein wichtiges Element der Forschergruppe ist aber auch der direkte Wissenstransfer an Nachwuchswissenschaftler:innen anderer Institutionen: bei der einwöchigen Online-Herbstschule im Oktober 2020 wurden neueste Erkenntnisse zur Prozessierung von Massentransportzeitreihen an mehr als 30 internationale Doktorand:innen und junge Post-Docs weitergegeben, um so zu einer verbesserten Nutzung der GRACE-/GRACE-FO-Beobachtungen auch in anderen Regionen der Erde beizutragen. Eine weitere Schulung, dann in Präsenz, wird im Frühjahr 2025 stattfinden.
Weitere Informationen
- Homepage der Forschergruppe NEROGRAV: www.asg.ed.tum.de/iapg/nerograv/
- Datenpublikationen der Forschergruppe NEROGRAV: dataservices.gfz-potsdam.de/portal/