Das Wissen um die (sub)zentimetergenaue Position des Satelliten ist die Voraussetzung für die Bestimmung von Wasserständen aus Altimetermessungen. Neben der Genauigkeit auf kurzen Zeitskalen ist insbesondere die Genauigkeit und Stabilität der Bahnmodelle auf saisonalen bis dekadischen Zeitskalen für die Interpretation der Wasserstandsdaten entscheidend. Im Rahmen mehrere Projekte (SEAVAR, REAPER, ESA_CCI) wurden am GFZ neue Bahnmodelle für die Altimetermissionen Geosat, ERS-1, ERS-2, Topex, Envisat, Jason-1 und Jason-2 berechnet. Schwerpunkt der Arbeit war die Bereitstellung von konsistenten Bahnen für lange Zeiträume und verschiedene Missionen. Zusätzlich wurde der  Einfluss verschiedener Parameter und Modelle (z.B. Trackingsysteme, zeitvariable Schwerefelder, Referenzsystem) auf die Bahnqualität untersucht. 

In dem Projekt „Einfluss der Bahnmodellierung auf den Meeresspiegel“ wird anhand von Kreuzungspunkt-Analysen untersucht, welche Bahnmodelle die konsistentesten Wasserständen erzeugen. Die analysierten Bahnmodelle stammen zum einen aus den Originaldatensätzen (GDRs) und zum anderen von verschiedenen Forschungszentren (z.B. GFZ, ESOC, GSFC) und sind in der Altimetriedatenbank des GFZ integriert (ADS). Zusätzlich wird untersucht, welchen Anteil die Bahnmodellierung am regionalen Fehlerbudget des Meeresspiegels auf saisonalen bis dekadischen Zeitskalen hat. Hierzu werden die Differenzen der radialen Bahnkomponenten verschiedener aktueller Bahnmodelle der Satelliten Envisat, Jason-1, ERS-2 und Topex auf festen Gitterpunkten für jeden Zyklus berechnet und analysiert. 

Dabei zeigt sich, dass insbesondere die Wahl der zeitvariablen Schwerefelder für die Bahnmodellierung Auswirkungen auf die Schätzung des saisonalen Variabilität und der dekadischen Trends hat. Besonders stark weichen die Schätzungen für Missionen vor dem Start der GRACE-Mission (2002) voneinander ab. Die Bahnmodelle variieren auf sehr großen räumlichen Skalen, die sich in vielen Fällen mit relativen Verschiebungen des Geozentrums der einzelnen Modelle erklären lassen. Für die Topex-Mission (1993-2005) ergibt sich durch die Bahnmodellierung ein Fehler der regionalen Trendschätzung von bis zu 2,5 mm/Jahr. Für die Topex-Mission erreicht die Unsicherheit des saisonalen bis dekadischen Signals, die mit der Bahnmodellierung zusammenhängt, in vielen Regionen mehr als 10% des tatsächlichen Signals (vgl. Abbildung 1 für den Trend). 

Projektpartner:

• AWI
• CLS, DTU, TUD, University of Bonn und TU München 

Projektdauer:

• 2005-2019

Finanzierung:

• BMBF, Geotechnologien: 2005-2008 (SEAVAR)
• ESA: 2009-2010 (REAPER)
• ESA: 2010-2013 (ESA-CCI sea level)

Projektbezogene Publikationen:

• Schreiner, P., Reinhold, A., Schöne, T., Esselborn, S., König, R., Three Decades of Altimetry Orbits: Consistent DORIS-based Orbit Series and Validation,  30 Years of Progress in Radar Altimetry Symposium, Montpellier, France, 2-7 September 2024.
• König, R., Reinhold, A., Dobslaw, H., Esselborn, S., Neumayer, K., Dill, R., Michalak, A. (2021): On the effect of non-tidal atmospheric and oceanic loading on the orbits of the altimetry satellites ENVISAT, Jason-1 and Jason-2. - Advances in Space Research, 68, 2, 1048-1058. https://doi.org/10.1016/j.asr.2020.05.047
• Rudenko, S., Esselborn, S., Schöne, T., Dettmering, D. (2019): Assessment of ITRF2014 for precise orbit determination of altimetry satellites. - Solid Earth, 10, 1, 293-305. https://doi.org/10.5194/se-10-293-2019
• Esselborn, S., Rudenko, S., Schöne, T. (2018): Orbit-related sea level errors for TOPEX altimetry at seasonal to decadal timescales. - Ocean Science, 14, 205-223. https://doi.org/10.5194/os-14-205-2018
• Rudenko, S., Dettmering, D., Esselborn, S., Fagiolini, E., Schöne, T. (2016): Impact of Atmospheric and Oceanic De-aliasing Level-1B (AOD1B) products on precise orbits of altimetry satellites and altimetry results. - Geophysical Journal International, 204, 3, 1695-1702. https://doi.org/10.1093/gji/ggv545
• Esselborn, S., Schöne, T., Rudenko, S. (2016): Impact of time variable gravity on annual sea level variability from altimetry. - In: Rizos, C., Willis, P. (Eds.), IAG 150 Years: Proceedings of the IAG Scientific Assembly in Postdam, Germany, 2013, (International Association of Geodesy Symposia; 143), Cham:Springer International Publishing, 55-62. https://doi.org/10.1007/1345_2015_103
• Rudenko, S., Dettmering, D., Esselborn, S., Schöne, T., Förste, C., Lemoine, J.-M., Ablain, M., Alexandre, D., Neumayer, K.-H. (2014): Influence of time variable geopotential models on precise orbits of altimetry satellites, global and regional mean sea level trends. Advances in Space Research 54:92–118, doi:10.1016/j.asr.2014.03.010
• Rudenko, S., Otten, M., Visser, P., Scharroo, R., Schoene, T., Esselborn, S. New improved orbit solutions for the ERS-1 and ERS-2 satellites. Advances in Space Research, 49, 8, 1229-1244, doi:10.1016/j.asr.2012.01.021, 2012.
• Schöne, T., Esselborn, S., Rudenko, S., Raimondo, J.-C. (2010): Radar Altimetry Derived Sea Level Anomalies - The Benefit of New Orbits and Harmonization. - In: Flechtner, F., Gruber, T., Güntner, A., Mandea, M., Rothacher, M., Schöne, T., Wickert, J. (Eds.), System Earth via Geodetic-Geophysical Space Techniques, Springer, 317-324. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10228-8_25