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Harmonisierte Radar-Altimeterdaten | ADS

Dargestellt ist der global gemittelte Meeresspiegel zwischen 1993 und Ende 2024. In diesem Zeitraum steigt er um knapp 11 cm an, was einem mittleren Anstieg um 3,5 mm pro Jahr entspricht. Der Anstieg ist nicht linear, sondern beschleunigt, in den ersten 10 Jahren beträgt er 2,6 in den letzten 10 Jahren 3,8 mm pro Jahr. Zusätzlich zum Anstieg ist ein Jahresgang mit Amplituden von ca. 5 mm mit Maxima im Nordherbst zu beobachten. Zusätzlich treten mehrjährige Schwankungen um die 5 mm auf, z.B. 1997-2000, 2011-2014, 2016-2018 und 2024.
Zeitreihe des global gemittelten Meeresspiegels (GMSL) zwischen 60°S und 60°N auf Grundlage der Missionen Topex/Poseidon, Jason-1, Jason-2, Jason-3 und Sentinel-6MF. Die Daten sind zeitlich geglättet und liegen mit (hellblau) und ohne Jahresgang (dunkelblau) vor. Der mittlere Fehler der Trendschätzung beträgt 0,3 mmy-1. (Daten: ADS, Abbildung: S. Esselborn, GFZ)
Hochaufgelöste Wasserstandsanomalien entlang von 12 Satellitenspuren sind im Gebiet der westlichen Ostsee und der Beltsee dargestellt. Die Werte bewegen sich im Bereich von -40 cm im Südosten vor der Deutschen Küste und und +40 cm im Kattegat nördlich der dänischen Insel Seeland.
High-rate Multi-Missionsmessungen der Wasserstandanomalien in der westlichen Ostsee während eines Einstromereignisses an zwei Tagen zwischen dem 18. und 20.12.2023. (Daten: ADS, Abbildung: S. Esselborn, GFZ)
Die Abbildung zeigt den Verlauf des Wasserstandes am Kachowka-Stausee seit 2018. Der Wasserstand des Stausees ist ca. 15 Meter höher als der des Dneper flussabwärts. Deutlich zu erkennen ist im Juni 2023 ein Abfall des Wasserstandes des Stausees um 14 Meter und eine Überflutung der Region unterhalb des Staudamms in Höhe von 5 Meter.
Wasserstandskurven aus Altimetrie für den Kachowka-Stausee (orange) und den Fluss Dneper unterhalb des Stausees in der Ukraine. Deutlich ist der Dammbruch im Juni 2023 zu sehen. (Daten: SDSS, Abbildung: T. Schöne, GFZ)
Die Abbildung zeigt den Wasserstand im westlichen, nördlichen und zentralen Aralsee. Seit etwas 2009 ist der zentrale Stausee ausgetrocknet, sichtbar an der flachen Wasserstandskurve. Der westliche Teil, der tiefer ist, verliert weiter an Wasser. Der nördliche Teil zeigt nur geringen Variationen des Wasserstandes.
Der Aralsee als prominentes Beispiel für die zunehmende Trockenheit in Zentralasien. Aktuell besteht der Aral aus zwei Wassergebieten (Aral West und Aral Nord). Seit etwa 2009 ist der Zentrale Aralsee verschwunden und nur der westliche und nördliche Teil bestehen weiter. (Daten: SDSS, Abbildung: T. Schöne, GFZ)

Satellitengestützte Radaraltimeter messen aktiv entlang ihrer Grundspuren den Wasserstand des Ozeans sowie auch von Binnengewässern. Zusätzlich dazu erfassen sie den Wind und die signifikanten Wellenhöhen. Seit Mitte der achtziger Jahre wurden neunzehn Radaraltimeter-Missionen in ihre Umlaufbahnen gebracht. Die meisten dieser Missionen nutzen unterschiedliche Datenformate und liegen mit unterschiedlichen Prozessierungsstandards vor. 

Um lange und konsistente Zeitreihen des Wasserstandes zu erzeugen, wurde am GFZ das Altimeter Database and Processing System (ADS) entwickelt, das alle Missionen zusammenführt und eine einheitliche Verarbeitung ermöglicht. Zusätzlich wird die Stabilität und die Konsistenz der einzelnen Missionen regelmäßig geprüft. Neben den eigentlichen Altimeterdaten enthält ADS auch aktuelle Korrekturmodelle für die Sensoren, die Satellitenbahnen und die Umwelteinflüsse auf die Messungen. So kann beispielsweise der Einfluss der Bahnmodellierung auf die Wasserstandsmessungen quantifiziert und auch externe Modelle  validiert werden. Mit Hilfe des ADS kann die Datenprozessierung für die jeweilige Region und wissenschaftliche Fragestellung optimiert werden.

Zurzeit umfasst ADS die Daten der folgenden bereits beendeten Missionen: Geos-3(1975-1978), Geosat(1985-1989), ERS-1 (1991-1996), Topex/Poseidon(1992-2005), ERS-2(1995-2011), GFO-1 (2000-2008), Jason-1 (2002-2013), Envisat(2002-2012), ICESat(2003-2009), Jason-2 (2008-2019) und HY-2A(2011-2020),

und folgender aktiver Missionen:

Cyrosat-2 (2010), Saral (2013), Jason-3 (2016), Sentinel-3A/B (2016/2018), HY-2B (2018), HY-2C(2020), Sentinel-6MF[SE22]  (2020), HY-2D (2021) und SWOT (2022).

Altimetrie über dem Ozean

Klassische Anwendungsbeispiele für die harmonisierten Daten sind die Beobachtung des global mittleren Meeresspiegels sowie der regionalen Verteilung des Anstiegs. Die Messungen der Radaraltimeter zeigen einen globalen Anstieg um ca. 11 cm seit 1993. Der mittlere Anstieg beträgt 3,5±0,3 mmy-1, wobei eine deutliche Beschleunigung zu beobachten ist. Als Resultat der Überlagerung verschiedener Prozesse in der festen Erde, im Ozean und in der Atmosphäre steigt der Meeresspiegel je nach Ozeanregion unterschiedlich stark an.

Die Sensoren, die Korrekturmodelle sowie die Analysestrategien werden fortwährend weiterentwickelt, wodurch die Genauigkeit zunimmt und zunehmend Prozesse in direkter Küstennähe und in Binnengewässern untersucht werden können. Auf Basis der ebenfalls in ADS enthaltenen hochaufgelösten Daten, werden beispielsweise Wasserstände an der Nordseeküste und Austauschprozesse  zwischen Nord- und Ostsee untersucht.

Altimetrie über Binnengewässern

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der harmonisierten Radaraltimetrie liegt bei der Untersuchung von Binnengewässern. Mit unseren Methoden können wir die Füllstände von Staudämmen, die Änderungen von Seespiegeln sowie das Auf und Ab der Flüsse beobachtet und analysiert werden. Die Zeitreihen, die bis zum Jahr 1993 zurückreichen, ermöglichen die Beobachtung und Analyse von Veränderungen des kontinentalen Wasserkreislaufs. Zudem wird von uns an Methoden gearbeitet, die eine Prognose der Wasserverfügbarkeit für kurzfristige Zeiträume erlauben. Diese Arbeiten tragen zu wichtigen Projekten wie CAWa und GreenCentralAsia  bei. Für die Nutzung durch eine breiten Öffentlichkeit und politische Entscheidungsträger werden die Zeitreihen über das SDSS  frei zugänglich gemacht.

Projektpartner:

  • AWI, ZAIAG, Hereon, Geomar
  • CLS, DTU, TUD, University of Bonn und TUM
  • Second Institute of Oceanography, State Oceanic Administration (SOA), Chinese Academy of Surveying and Mapping
  • MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen, ZMT- Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung

Projektdauer:

  • seit 2000

Finanzierung:

  • Strategie Fonds Helmholtz Gemeinschaft: 2000-2003 (SEAL)
  • BMBF, Geotechnologien: 2005-2008 (SEAVAR)  
  • ESA: 2009-2010 (REAPER)
  • ESA: 2010-2013 (ESA-CCI sea level)
  • DFG, SPP 1889 SeaLevel: 2016-2023 (CoRSEA)
  • BMBF, FONA3: 2017-2020 (SEAHAP)
  • POF IV: 2021-2027

Projektbezogene Publikationen:

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