Sektion 1.2: Globales Geomonitoring und Schwerefeld
Abgeschlossene Projekte
ADVANTAGE | Advanced Technologies for Navigation and Geodesy
GFZ-Arbeitspakete im Projekt ADVANTAGE
Die globalen Satellitennavigationssysteme der Zukunft werden aktuelle Entwicklungen im Bereich optischer Uhren und optischer Datenkommunikation, Fortschritte in der Atominterferometrie und neue Konzepte für den autonomen Satellitenbetrieb berücksichtigen. Das Projekt ADVANTAGE setzt sich Konzeption und Entwicklung innovativer Architekturen für zukünftige Navigationssysteme mit vielfältigen gesellschaftlichen, industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen zum Ziel.
ADVANTAGE ist ein gemeinsames Projekt von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ), es wird von mehreren externen Partnern unterstützt. Das Projekt wird für die Dauer von drei Jahren durch die Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) im Rahmen des "Impuls- und Vernetzungsfonds" finanziert.
In ADVANTAGE arbeiten Physiker, Geodäten und Ingenieure der Helmholtz-Einrichtungen DLR und GFZ zusammen. Das Projekt liefert Beiträge zu den Forschungsprogrammen "Weltraum", "Geosystem: Erde im Wandel" und "Atmosphäre und Klima" der programmorientierten Förderung (POF). ADVANTAGE nutzt Synergieeffekte zwischen zentralen Elementen dieser POF-Aktivitäten und stärkt damit auch die Bedeutung und Relevanz der HGF.
GFZ trägt mit neun Arbeitspaketen zu den ADVANTAGE Projektaufgaben bei. Die GFZ-Aktivitäten beschäftigen sich mit Themen, die von präziser Bahnbestimmung der ADVANTAGE-Satellitenkonstellation, über erwartete Verbesserungen geodätischer Referenzsysteme und Schwerefeldbestimmungen mit ADVANTAGE-Beobachtungsdaten, über Reflektometrie und Bestimmung des atmosphärischen Wasserdampfgehalts, bis hin zu innovativen Konzepten zu globalen Echtzeitpositionierungsdiensten reichen.
Koordinator: Prof. H. Schuh
Mitarbeiter: K. Balidakis, G. Beyerle, G. Dick, Prof. F. Flechtner, H. Ge, M. Ge, S. Glaser, C. Falck, R. Heinkelmann, R. König, F. H. Massmann, G. Michalak, M. Murböck, K. H. Neumayer, T. Nilsson, M. Semmling, Prof. J. Wickert F. Zus.
Zeitrahmen: März 2017 bis Dezember 2020
Publikation:
Advanced Technologies for Satellite Navigation and Geodesy. G. Giorgi, T.D. Schmidt, C. Trainotti, R. Mata-Calvo, C. Fuchs, M.M. Hoque, J. Berdermann, J. Furthner, C. Günther, T. Schuldt, J. Sanjuan, M. Gohlke, M. Oswald, C. Braxmaier, K. Balidakis, G. Dick, F. Flechtner, M. Ge, S. Glaser, R. König, G. Michalak, M. Murböck, M. Semmling, H. Schuh. Advances in Space Research, 2019, 64(6), pp. 1256-1273. DOI: 10.1016/j.asr.2019.06.01
Dateien-Download
Eine Zusammenfassung der wichtigsten Projektziele ist hier (derzeit nur in englischer Sprache) erhältlich:
ADVANTAGE White Paper (pdf-Datei, 41 KB)
EGSIEM | European Gravity Service for Improved Emergency Management
Ein neuer Service zur Verbesserung von Schwerefeldprodukten und daraus abgeleiteter Vorhersage und Kartierung von hydrologischen Extremereignissen wird vom Horizon2020 Rahmenprogramm für Forschung und Entwicklung gefördert. Das EGSIEM-Projekt wird dabei zwischen 2015 und 2017 mit großem Anteil der GFZ-Sektionen 1.2 „Globales Monitoring und Schwerefeld“ und 5.4 „Hydrologie“ entwickelt und in Betrieb genommen werden. Die Gesamtprojektleitung wird beim Astronomischen Institut der Universität in Bern (CH) liegen, weitere Partner sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (D), die Universität Graz (A), die Universität Luxemburg (LUX), die Universität Hannover (D), CNES (F) und die Firma Géode & Cie (F).
Die Projektziele von EGSIEM sind a) die bestmöglichen zeitvariablen Schwerefeld- bzw. Massentransportprodukte zur Anwendung in den Erd- und Umweltwissenschaften zu entwickeln, b) den Zeitraum bis zur Bereitstellung dieser Produkte deutlich zu verringern und die zeitliche Auflösung gleichzeitig zu erhöhen, und c) Schwerefeld-basierte Indikatoren zur Beschreibung von hydrologischen Extremereignissen zu entwickeln und deren Nutzen für die Vorhersage von Hochwasserereignissen und Dürren zu demonstrieren. Dies wird für verschiedene Vorwarnzeiträume (mehrere Monate bis nahezu Echtzeit) durch Assimilation in Hochwasservorhersagemodelle oder durch statistische Vorhersagemethoden erfolgen. Ein operationeller Testlauf über mindestens ein halbes Jahr ist am Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation des DLR geplant.
Die primären Eingangsdaten für EGSIEM liefern die GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment, NASA-DLR, seit 2002) und GRACE-FO (Follow-on, NASA-GFZ, Startim Frühjahr 2018) Satelliten, aus denen das GFZ im Rahmen des wissenschaftlichen US-D Prozessierungssystems Schwerefeldinformationen ableitet. Diese Daten werden durch Informationen der Satellitenaltimetrie, GNSS (Global Navigation Satellite System) oder SAR (Synthetic Aperture Radar) vervollständigt.
Weitere Informationen zum Hintergrund und Stand des Projekts befinden sich hier.
FAMOS | Abschluss der hydrographischen Vermessung der Wasserstraßen auf der Ostsee
GFZ/Sektion 1.2 war Partner im EU-Projekt FAMOS (“Finalising Surveys for the Baltic Motorways of the Sea”). FAMOS umfasste u.a. alle Aspekte der hydrografischen Vermessung der Ostsee entsprechend den Empfehlungen der Hydrografischen Kommission der Ostsee („Baltic Sea Hydrographic Commission“- HSHC) und der Umweltschutz-Kommission der Ostsee („Baltic Marine Environment Protection Commission“ = Helsinki Commission – HELCOM).
FAMOS war ein Gemeinschaftsprojekt von hydrografischen und geodätischen Institutionen nahezu aller EU-Ostsee-Anrainer-Staaten. Dieses Projekt sollte Beiträge zur Verbesserung der Verkehrssicherheit der Schiffahrtswege auf der Ostsee liefern. Dazu gehörte als geodätische Zielstellung die Bestimmung eines neuen gravimetrischen Geoids für die Ostsee als einheitliche Bezugsfläche des Wassers (Seekarten-Null).
Das Projekt FAMOS endete bereits 2019. Aber die Berechnung des neuen gravimetrischen Geoids (das Baltic Sea Chart Datum 2000) ist noch in Arbeit und wird zurzeit unter der Leitung der Arbeitsgruppe Seekarten-Null (Chart Datum Working Group) der HSHC abgeschlossen.
Der Beitrag des GFZ im FAMOS-Projekt bestand in der Durchführung von Schiffsgravimetrie-Kampagnen einschließlich der Datenprozessierung. Dabei kam das Flug- und Schiffsgravimeter Chekan-AM zum Einsatz.
Projektpartner (Auswahl):
- Schwedische Seeschifffahrtsbehörde, Norrköping, Schweden (Projektleitung)
- Landesvermessungsamt, Gävle, Schweden
- Seeverkehrsamt der Republik Estland,Tallinn, Estland
- Finnische Verkehrsagentur (FTA), Helsinki, Finnland
- Lettische Schifffahrtsverwaltung (MAL), Riga, Lettland
- Dänische Technische Universität, Lyngby, Dänemark
- Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrografie (BSH), Rostock, Deutschland
- Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt am Main, Deutschland
- Dänische Agentur für Geodaten, Kopenhagen, Dänemark
- Litauische Behörde für Seeverkehrssicherheit (LMSA), Vilnius, Litauen
- Nationales Landesvermessungsamt von Finnland (FGI), Helsinki, Finnland
- Technische Universität Tallin (TUT), Tallinn, Estland
Projektdauer:
- 2014 - 2019
Finanzierung:
- Die Aktivitäten des GFZ im FAMOS-Projekt wurden durch die Europäische Kommission im Rahmen der Fazilität "Connecting Europe" (Connecting Europe Facility) / Transport-Sektor zu 50% kofinanziert (Förderkennzeichen INEA/CEF/TRAN/M2014/1027106 und INEA/CEF/TRAN/M2015/112468).
Projektbezogene Publikationen:
- Liebsch, G., Schwabe, J., Westfeld, P., Förste, C. (2022): Improving the geodetic infrastructure for bathymetry and 3D navigation in the German exclusive economic zone of the North and Baltic Sea. - International Hydrographic Review, 28, 121-138. https://doi.org/10.58440/ihr-28-a17
- Ince, E. S., Förste, C., Barthelmes, F., Pflug, H., Li, M., Kaminskis, J., Neumayer, K., Michalak, G. (2020): Gravity Measurements along Commercial Ferry Lines in the Baltic Sea and Their Use for Geodetic Purposes. - Marine Geodesy, 43, 6, 573-602. https://doi.org/10.1080/01490419.2020.1771486
GeoForschungssatellit GFZ-1
GFZ-1, der erste Satellit des GeoForschungsZentrums Potsdam (GFZ), wurde als ein kleiner, passiver Satellit konzipiert, ausgerüstet mit 60 Retro-Reflektoren zu Beleuchtung vom Boden durch das globale Netzwerk des Satelliten Laser Ranging (SLR) Systems. Der kugelförmige Satellit hatte eine Masse von 20,630 kg und einen Durchmesser von 21,5 cm. Am 9. April 1995 wurde GFZ-1 mit einer PROGRESS M-27 vom Kosmodrom Baikonur zur MIR-Raumstation gebracht. Von Bord der MIR gelangte er in eine niedrige Erdumlaufbahn am 19. April 1995, 19.12 Uhr UT. Aus der ursprünglichen Höhe von fast 400 km sank er natürlich in der prognostizierten Lebensdauer von 3,5 bis 5 Jahren.
Im Bereich der Satellitengeodäsie werden sphärische Satelliten mit Laserreflektoren genutzt um auf verschiedenen Höhen mit hoher Genauigkeit die Variationen in der Rotationscharakteristik der Erde zu untersuchen, eine genaue Positions zu bestimmen und für die Vermessung des Erdgravitationsfeldes. Um eine hohe Auflösung des Gravitationsfeldes zu errreichen, wird der Satellit auf eine möglichst niedrige Umlaufbahn gebracht. Mit seiner Höhe war GFZ-1 der niedrigste geodynamische Satellit, der jemals mit Lasern vermessen wurde. Das Missionziel einer deutlichen Verbesserung der Modellierung höherer Ordnungen des Gravitationsfeldes wurde erfüllt.
Am 23. Juni 1999, 01:00 UT hatte GFZ-1 seine Mission erfüllt. Der Satellit verglühte in der oberen Atmosphäre. Seit seinem spektakulären Start umkreiste GFZ-1 fast 24000-mal die Erde. Während der vier Jahre und 64 Tage im Weltraum, wurden 5.402 Überflüge durch die 33 Stationen des globalen SLR-Netzes beobachtet. Das GFZ in Potsdam beteiligte sich am SLR-System. Der erste Überflug von GFZ-1 wurde in den USA von der Greenbelt Station in der Umlaufbahn-Nr. 4 auf einer Höhe von 398 km beobachtet, die letzte Überflug wurde in Yarragadee Australien auf einer Höhe von 230 km im Orbit-Nr. 23.718 registriert.
GFZ-1 zeigte sowohl die Möglichkeiten als auch die Schwierigkeiten der Verfolgung so niedrige Ziele mit state-of-the-art SLR-Systemen. In Anbetracht der Ergebnisse, zeigt sich ein derzeit einzigartiger Beitrag von GFZ-1 Daten im Bereich der Gravitationsfeldbestimmung durch Beobachtungen LEO, zusammen mit wertvoller Erfahrung zur Missionsdurchführung, die Mission wurde international als sehr erfolgreich angesehen.
Weitere Informationen befinden sich auf der englischen Seite.
Mission Operation and Performance
Diese Seite existiert nur in englischer Sprache.
GEOHALO | High Altitude and LOng Range Research Aircraft
Das deutsche Höhenforschungsflugzeug HALO (High Altitude and LOng Range Research Aircraft) wurde durch eine Gemeinschaftsiniative von BMBF, Helmholtz-Gemeinschaft, Max-Planck-Gesellschaft, dem Freistaat Bayern, den Forschungszentren Jülich und Karlsruhe und dem DLR beschafft. Das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ ist Mitglied im HALO-Konsortium. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert Projekte auf dem HALO-Flugzeug im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP-1294 "Atmosphären- und Erdsystemforschung mit dem Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft)".
Das Projekt GEOHALO ist die erste wissenschaftliche Mission, die mit dem HALO-Flugzeug durchgeführt wurde. Die GEOHALO-Mission umfasste ein Instrumentarium geodätischer und geophysikalischer Sensoren auf dem HALO-Flugzeug und wurde zwischen dem 4. und 12. Juni 2013 in vier Flügen über Italien durchgeführt.
Das GFZ ist im GEOHALO Projekt für die Themen "GNSS-Reflektometrie" , "Erdmagnetfeld" und "Gravimetrie" beteiligt.
Unsere Sektion war für die Gravimetrie verantwortlich. Dabei sollte getestet werden, ob und wie eine Schwerefeldbestimmung in größeren Gebieten von einem schnell fliegenden Flugzeug wie HALO möglich ist. Hierbei geht es nicht, wie etwa in der „normalen“ Fluggravimetrie für die Exploration, um die höchstmögliche räumliche Auflösung durch möglichst niedrige und langsame Flüge, sondern darum, in Regionen, in denen nur unzureichende terrestrische Schweremessungen vorhanden sind, eine deutlich höhere Auflösung im Vergleich zu reinen Satelliten-Schwerefeldmodellen zu erreichen. Das ist für die geodätische Aufgabe, ein globales Schwerefeldmodell zu berechnen, welches überall die gleiche hohe Auflösung hat, von großer Bedeutung. Zukünftige Zielgebiete von GEOHALO sind deshalb vor allem Gebiete mit schlechten oder wenigen Bodenmessungen und Gebiete, die für Bodenmessungen unzugängliche sind.
Die untenstehenden Abbildungen zeigen Vergleiche zwischen aus den Messungen abgeleiteten Schwerevariationen und dem globalen Modell EIGEN-6C4, das Satelliten- und terrestrische Messungen enthält. Um das kurzwellige Rauschen der Chekan-Messungen und der aus GNSS-Messungen abgeleiteten kinematischen vertikalen Beschleunigungen zu beseitigen, wurde ein Low-Pass-Filter mit einer cut-off-Wellenlänge von 200 Sekunden angewendet. Bei einer Fluggeschwindigkeit von 425 km/h resultiert das in einer räumlichen Auflösung von 12 km Halbwellenlänge. Das entspricht etwa der Auflösung des Modells EIGEN-6C4, welches in diesem Gebiet auf Grund der guten und dichten eingeflossenen gravimetrischen Daten als sehr genau angenommen werden kann. Man erkennt, dass die durch HALO gewonnenen Messungen sehr gut mit dem Modell EIGEN-6C4 übereinstimmen.
GGOS-SIM | Simulation des Global Geodetic Observing System
GGOS-SIM ist ein gemeinsames Projekt mit der Technischen Universität Berlin (TUB), das ein Werkzeug schaffen will zur Abschätzung und Verbesserung der Qualität des internationalen terrestrischen Referenzrahmens (International Terrestrial Reference Frame, ITRF). Dazu werden alle modernen raumgeodätischen Techniken, nämlich DORIS, GNSS, SLR und VLBI, simuliert und der Einfluss neuer Stationen, Kolokationen, lokaler Differenzvektoren zwischen den Techniken und technischer Fortschritte untersucht.
GGOS-SIM-2 ist das Nachfolgeprojekt mit dem Ziel, die raumgeodätischen Techniken kolokiert auf einem Satelliten zu simulieren um die Vorteile für den globalen Referenzrahmen auszuloten.
Die GGOS-SIM-Hauptseite im Web ist an der TUB (in englischer Sprache) zu finden.
GOCE | Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer
Der Forschungssatellit GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) ist die erste Mission des Forschungsprogramms “Living Planet” der Europäischen Raumfahrtagentur ESA. GOCE vermisste das Schwerefeld der Erde im globalen Maßstab in einer räumlichen Auflösung von ca. 100 km. Das ist beträchtlich präziser als alle bisherigen Schwerefeld-Satellitenmissionen.
Eine der wichtigsten wissenschaftlichen Zielstellungen der GOCE-Mission ist das Studium der globalen Meeresströmungen. Die Strömungen in den Weltmeeren verursachen Abweichungen des Meeresspiegels von seiner Gleichgewichtsfläche gegenüber dem Erdschwerefeld. Diese Abweichungen werden als Dynamische Ozeantopografie bezeichnet und können bis zu zwei Meter in der Höhe betragen. Aus der Kenntnis der Meerestopografie können Rückschlüsse auf die Wasserzirkulationen in den Ozeanen und damit verbundene Klimaveränderungen gezogen.
Weitere Forschungsgegenstände der GOCE-Mission sind neben der Mantelkonvektion und der Struktur der Erdkruste die Berechnung eines sehr genauen globalen Höhenbezugssystems, das für die präzise Überwachung des Meeresspiegels und das Verständnis seiner Veränderungen unbedingt notwendig ist.
Der entscheidende Schwerefeld-Sensor auf dem GOCE-Satelliten ist ein Satelliten-Gradiometer. Ein solches Instrument befindet sich hier überhaupt zum ersten Mal auf einem Satelliten. Um die gewünschte Messgenauigkeit zu erreichen, umkreist GOCE die Erde in einer sehr niedrigen Bahnhöhe von ca. 250 km. Dazu wurde der Satellite mit einem Ionentriebwerk ausgerüstet (ein sog. Drag Free Control System), das die nicht-gravitativen Störkrafte kompensiert (z.B. die Reibung der Hochatmosphäre und den Strahlungsdruck). Dadurch befindet sich GOCE beim Umrunden der Erde praktisch im Freien Fall. Außerdem ist GOCE mit einem in Europa entwickelten GPS-Empfänger ausgestattet, der die Bestimmung der Bahnposition mit Zentimeter-Genauigkeit ermöglicht.
Das GFZ verfügt über längjährige Erfahrungen auf dem Gebiet
Satelliten-Schwerefeldbestimmung und ist deshalb Kooperationspartner im Projekt „GOCE High Level Processing Facility (GOCE-HPF)“. Dieses Projekt prozessiert im Auftrag der ESA die GOCE-Messdaten und steht unter der Proktleitung der Technical University Munich. GOCE-HPF besteht aus einem Konsortium wissenschaftlicher Einrichtungen aus Deutschland, Frankreich, Dänemark, Italien, Österreich, der Schweiz und den Niederlanden.
Innerhalb der GOCE-HPF berechnet das GFZ im Auftrag der ESA GOCE-Schwerfeldmodelle nach dem sog. Direkten Algorithmus. Bis heute (2013) wurden vier Ausgaben solcher GOCE-Schwerefeldmodelle durch die ESA veröffentlicht. Diese Modelle sind am GFZ auf der Webseite des International Centre for Global Earth Models (ICGEM) frei herunterladbar.
Das GFZ hat eine lange Tradition in der Erzeugung hochauflösender Erdschwerefeldmodelle aus der Kombination von Satellitendaten mit terrestrischen Schweremessungen. Die Berechnung solcher Modelle erfolgt dabei routinemäßig in enger Zusammenarbeit mit der französischen Groupe de Recherche de Geodesie Spatiale (Toulouse) im Rahmen der EIGEN-Schwerefeldprozessierung (EIGEN = European Improved Gravity model of the Earth by New techniques). 2011 veröffentlichten GFZ und GRGS das weltweit erste kombinierte globale Schwerefeldmodell, das GOCE-Messdaten enthält. Dieses Modell EIGEN-6C besteht aus einem Datensatz von Kugelfunktionskoeffizientenbis Grad und Ordnung 1420. Das entspricht einer räumlichen Auflösung von ca. 12 km an der Erdoberfläche. Kürzlich wurde das Nachfolgemodell EIGEN-6C2 veröffentlicht. Beide Schwerefeldmodelle können am GFZ auf der Webseite des ICGEM heruntergeladen werden.
GRACE | Gravity Recovery and Climate Experiment Mission
GRACE war ein gemeinsames Projekt zwischen der US Raumfahrtbehörde ( NASA ) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt ( DLR ). Die Mission wurde 1996 von der Universität von Texas in Austin, Zentrum für Weltraumforschung ( UTCSR ), dem Deutschen GeoForschungsZentrum ( GFZ ) und den Jet Propulsion Laboratories in Pasadena geplant. GRACE wurde 1997 als zweite Mission im NASA Earth System Science Pathfinder ( ESSP ) Programm ausgewählt. Als Innovation ist der Principal Investigator Prof. Byron Tapley (UTSCR) und sein Team vollständig für die Entwicklung der Flughardware, für das Erreichen der wissenschaftlichen Zielsetzungen und die Verteilung der Messdaten und Produkte an die weltweiten wissenschaftlichen Nutzer verantwortlich. Co-Principal Investigator der Mission war Prof. Dr. Frank Flechtner (GFZ). Projektmanagement und Systementwicklung wurden durch JPL durchgeführt.
Das primäre wissenschaftliche Ziel der GRACE Mission war, das Schwerefeld der Erde und dessen zeitlichen Veränderungen mit nie da gewesener Genauigkeit zu vermessen. Der Genauigkeitsgewinn wurde durch zwei baugleiche Satelliten erreicht, die sich auf derselben Bahn folgen. Für deren Lagekontrolle und die Bestimmung von nicht-gravitativen Störkräften hatten beide Satelliten Sternensensoren und Beschleunigungsmesser an Bord. Die Position und die Geschwindigkeit der Satelliten wurden durch GPS-Empfänger und (für Validierungszwecke) durch Satellite Laser Ranging Retro-Reflektoren bestimmt. Zusätzlich waren die beiden Satelliten mit einem Mikrowellensystem im K-Band ausgestattet, welches es erlaubte, den Abstand und insbesondere dessen Änderung mit einer Genauigkeit von besser als 0.1 µm/s zu bestimmen. Diese Beobachtungen sind direkt verknüpft mit saisonalen und sub-saisonalen Veränderungen im kontinentalen Wasserkreislauf, Eismassenänderungen in den großen Gletschersystemen in Grönland oder in der Antarktis, dem Meeresspiegelanstieg, der langwelligen Ozeanzirkulation oder dem Wärmetransport vom Äquator hin zu den Polen. In den mehr als 15 Jahren des Missionsbetriebs hat die Mission damit entscheidend beigetragen, das System Erde besser zu verstehen. Dies zeigt sich unter anderem in mehr als 1700 Publikation in wissenschaftlichen Zeitschriften und mehr als 5500 registrierten Nutzern am GRACE-Archiv ISDC (Information System and Data Center).
Im Oktober 2017 wurde die Mission, nachdem sie dreimal länger als ursprünglich geplant betrieben werden konnte, wegen Batterieproblemen und ausgehendem Treibstoff beendet . Wegen ihrer hohen Relevanz für die Erdsystemforschung haben GFZ und NASA seit 2012 eine Nachfolgemission GRACE-FO realisiert, die im Frühjahr 2018 starten soll. Das zweite wissenschaftliche Ziel der GRACE-Mission war es, täglich etwa 150 global verteilte vertikale Temperatur- und Wasserdampfprofile aus GPS-Radiookkultationsdaten zu bestimmen. Diese wurden vom GFZ operationell (24/7) an verschiedene Wetterdienste zur Wettervorhersage geliefert.
Anmerkungen:
Das GRACE Projekt wurde auf Beschluss des Deutschen Bundestags durch die Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) mit dem Förderkennzeichen 50 EE 1027 gefördert.
Der Betrieb des GRACE-Bodensegments wurde durch die ESA seit 2011 ko-finanziert.
GRACE Start
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GRACE Satelliten
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Die GRACE Nutzlast
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GRACE Mission Operations
Schwerefeldergebnisse
Zeitvariable Schwerefeldmodelle auf monatlicher und wöchentlicher Basis
Monatliche und wöchentliche zeitvariable GRACE Schwerefeldmodelle des GFZ sind in Form von GRACE Level-2 Produkten, d.h. als Satz von Kugelfunktionskoeffizienten, die das Schwerepotential der Erde für eine bestimmte Zeitperiode darstellen, frei verfügbar. Verschiedene Zeitreihen für verschiedene Versionen (Releases) sind gemeinsam mit hilfreicher Dokumentation in den beiden GRACE Archiven ISDC und PODAAC erhältlich. Dort findet man auch die monatlichen GRACE SDS Newsletter, die jeweils über den aktuellen Stand der vorhandenen Level-1 und Level-2 Produkte des GRACE Science Data Systems (SDS) informieren.
Zeitreihen monatlicher Schwerefelder gibt es in den Versionen RL01 bis RL05. Ausführlichere Informationen zur aktuellen Version (GFZ RL05) finden sich hier.
Zeitreihen aus wöchentlichen Schwerefeldern werden durch das Lösen von Teilmengen der monatlichen Normalgleichungssysteme, die der Einteilung der GPS Wochen entsprechen, gebildet. Sie zeichnen sich durch eine höhere zeitliche Auflösung aus, allerdings auf Kosten einer geringeren räumlichen Auflösung. Wochenlösungen gibt es nur für die Versionen RL04 sowie RL05 und sie können aus dem ISDC Archiv heruntergeladen werden.
Statische Schwerefeldmodelle
Zusätzlich werden durch das GFZ – in Kooperation mit GRGS – die sogenannten EIGEN-Modelle (EIGEN: European Improved Gravity model of the Earth by New techniques) berechnet. Bei diesen statischen, d.h. über längere Zeiträume gemittelten, Schwerefeldmodellen kann unterschieden werden zwischen „satellite-only“ (aus Kombination von GOCE, GRACE, CHAMP und/oder LAGEOS Daten) und kombinierten Modellen (zusätzlich mit terrestrischen Schweredaten). Eine Liste mit verfügbaren EIGEN-Modellen findet sich auf der englischen Version dieser Seite (VERLINKEN). Sämtliche EIGEN-Modelle stehen in der ICGEM Datenbank des GFZ zum Download bereit.
Links zu Schwerefeldergebnissen anderer Prozessierungszentren bzw. zu weiterer Hilfe im Hinblick auf Visualisierung sowie Manipulation und Transformation von Schwerefeldkoeffizienten befinden sich hier.
GRACE GFZ RL05
Die GFZ RL05 Zeitreihe wird seit dem 17. März 2012 veröffentlicht und die Bereitstellung ihres Vorgängers, GFZ RL04, wurde mit der Monatslösung für April 2012 eingestellt. Aktuell (Mai 2013) erstreckt sich die GFZ RL05 Zeitreihe über den Zeitraum von Januar 2003 bis Februar 2013, bestehend aus 117 Monatslösungen bzw. 494 Wochenlösungen. In den folgenden Monaten gibt es aufgrund fehlender oder nicht nominaler Level-1B Daten keine Lösungen: Juni 2003, Januar 2011, Juni 2011, Mai 2012, Oktober 2012 und März 2013.
Verglichen mit RL04 hat es keine Änderungen bezogen auf den Informationsgehalt der RL05 Lösungen gegeben, d.h. sie repräsentieren Schwerefeldvariationen aufgrund von Hydrologie, Eismassen, einmaligen Vorkommnissen wie sehr starken Erdbeben, post-glazialer Landhebung sowie Fehlern oder nicht modellierten Effekten in den verwendeten Hintergrundmodellen. Ein wesentlicher Unterschied im Vergleich zu RL04 ist jedoch die Tatsache, dass für die Kugelfunktionskoeffizienten C20, C30, C40, C21 und S21 keine Driftraten mehr enthalten sind, so dass Nutzer diese auch nicht mehr bei der Analyse der RL05 Zeitreihe berücksichtigen müssen (die Referenzepoche jeder Lösung entspricht der Mitte der Zeitspanne der jeweils verwendeten Daten). Der maximale Grad und Ordnung der RL05 Modelle wurde beschränkt auf 90x90 (RL04: 120x120).
Für einige bestimmte Monate, in denen die Qualität der Lösung aufgrund von spärlicher Bodenspurabdeckung durch kurzperiodische Wiederholungsbahnmuster (z.B. 4-Tage-Wiederholungszyklus im September 2004, 3-Tage-Wiederholungszyklus im Mai 2012) deutlich abnimmt, sind die Lösungen stabilisiert. Die Stabilisierung erfolgt durch Anwendung einer modifizierten Version der Kaula-Regularisierung, welche bereits bei den bisherigen Releases verwendet worden ist (Bettadpur, S (2004), GRACE Mission Status and Gravity Field Product Improvement Plans, Eos Trans. AGU, 85(47), Fall Meet. Suppl., Abstract G23A-01).
Die aktuelle RL05 Zeitreihe zeigt gegenüber RL04 deutliche Verbesserungen in etwa um den Faktor 2 sowohl im Rauschverhalten (d.h. weniger stark ausgeprägte typische GRACE-Streifen) als auch in der räumlichen Auflösung. Letzteres zeigt sich in der untenstehenden Abbildung, in der die kumulierten Gradvarianzen der kalibrierten Fehler der Schwerefeldmodelle dargestellt sind. Demnach erhöht sich die räumliche Auflösung, bis zu der das Geoid mit mm-Genauigkeit bestimmt ist, von ~525km (RL04) auf ~350km (RL05).
Weitere Einzelheiten zur RL05 Prozessierung finden sich im GFZ GRACE Level-2 Processing Standards Document for Level-2 Product Release 0005 oder in den Release Notes for GFZ GRACE Level-2 Products - version RL05.
Im Falle einer Veröffentlichung von Ergebnissen, die auf der GFZ RL05 Zeitreihe basieren, werden die Nutzer freundlich gebeten, die folgende Referenz anzugeben:
Dahle, Christoph; Flechtner, Frank; Gruber, Christian; König, Daniel; König, Rolf; Michalak, Grzegorz; Neumayer, Karl-Hans (2012): GFZ GRACE Level-2 Processing Standards Document for Level-2 Product Release 0005, (Scientific Technical Report STR12/02 – Data, Revised Edition, January 2013), Potsdam, 21 p. DOI: 10.2312/GFZ.b103-1202-25
GRACE Produkte
Die Archivierung der Produkte erfolgt durch das von JPL betriebene Physical Oceanography Distributed Active Data Center (PODAAC) sowie durch das vom GFZ betriebene Information Systems and Data Center (ISDC). Dort stehen auch hilfreiche Dokumente wie z.B. das GRACE Product Specification Document, das GRACE Level-1B Data Product User Handbook oder die GRACE Level-2 Release Notes zum Download bereit. Beide Archive werden automatisch harmonisiert.
Weitere Informationen zur Definition der Level-0 bis Level-2 Produkte finden sich auf den englischen Seiten.
Für Hinweise zu alternativen GRACE Produkten (außerhalb des SDS) besuchen Sie bitte die Rubrik “Links”.
Die Links unten weisen auf eine Zusammenstellung von auf GRACE und GRACE-FO bezogenen Veröffentlichungen (keine Abstracts).
Diese Liste wird periodisch aufdatiert, ist aber möglicherweise nicht komplett. Wenn Sie eine Veröffentlichung vermissen, bitte kontaktieren Sie Prof. Dr. Frank Flechtner oder Dr. Volker Klemann .
Das GRACE-Projekt ist in fünf Hauptkomponenten unterteilt, die den folgenden Abschnitten kurz beschrieben werden.
Trägerrakete (Launch Vehicle System, LVS)
Das LVS umfasste die ROCKOT-Trägerrakete, einen Multi-Satelliten-Dispenser sowie das Personal, die Testausrüstung und die Einrichtungen zur Vorbereitung, Integration und zum Start der Satelliten. Das LVS wurde vom DLR LVS Manager geleitet und von JPL und seinen Auftragnehmern (z.B. Astrium GmbH) unterstützt. GRACE wurde am 17. März 2002 gestartet. Hier lesen Sie mehr über "GRACE-Start".
Satelliten (Satellite System, SAT)
JPL leitete die Entwicklung des Satellitensystems in Partnerschaft mit Space Systems/Loral (SS/L) und Astrium GmbH (Astrium). Astrium lieferte wesentliche Elemente für die beiden Satelliten, die auf dem bereits bestehenden Kleinsatelliten CHAMP basierten. SS/L lieferte das Lageregelungssystem, die Elektronik der Mikrowelleninstrumente und führte System- und Umwelttests durch. Hier lesen Sie mehr über „GRACE-Satelliten".
Wissenschaftliche Instrumente (Science Instrument System, SIS)
Das SIS umfasste alle Elemente des Intersatelliten-Entfernungsmesssystems, die GPS-Empfänger, die für die präzise Bahnbestimmung und die Radiookkultationsexperimente benötigt werden, sowie die zugehörigen Sensoren wie z.B. zwei Sternkameras. Innerhalb des SIS wurden auch die Integrationsaktivitäten aller Sensoren koordiniert und dabei ihre Kompatibilität untereinander und mit dem Satelliten sichergestellt. Hier lesen Sie mehr über "GRACE-Nutzlast".
Missionsbetrieb (Mission Operations System, MOS)
Das MOS bestand aus dem Personal und der Infrastruktur des Deutschen Raumfahrtkontrollzentrums (GSOC) in Oberpfaffenhofen, den Antennen in Weilheim und Neustrelitz sowie weiteren Bodenstationen, die zur Unterstützung der LEOP (Launch and Early Mission Operation) und evtl. Notfallsituationen benötigt wurden. Diese Einrichtungen dienten insbesondere der kontinuierlichen Überwachung und Steuerung der Satelliten und Instrumente, der Erstverarbeitung der Telemetriedaten und der Übermittlung dieser Daten an das wissenschaftliche Prozessierungssystem zur Erstellung wissenschaftlicher Produkte. Zusätzlich zum Echtzeitbetrieb stellte das MOS das sogenannte Central Checkout System für Bodentests mit allen notwendigen Befehls- und Datenschnittstellen bereit. Hier lesen Sie hier mehr über "GRACE-Missionsbetrieb".
Wissenschaftliches Prozessierungssystem (Science Data System, SDS)
Die Funktionen des SDS umfassten die Verarbeitung der Telemetriedaten zu wissenschaftlichen Produkten inklusive ihrer Validierung, ihre Verteilung an die internationale Nutzergemeinde und ihre Langzeitarchivierung. Das SDS wurde von JPL (Jet Propulsion Laboratory) und UTCSR (University of Texas, Center of Space Research) in den USA sowie dem GFZ in Deutschland durchgeführt. Dieser kooperative Ansatz umfasste die Aufteilung von verschiedenen Datenverarbeitungsaufgaben, die Validierung von Produkten und die Harmonisierung von Datenarchiven. Zu den vom SDS zu verarbeitenden und zu archivierenden Daten und Produkten gehörten z.B. korrigierte Entfernungsbeobachtungen zwischen den Satelliten oder nicht-gravitative Störbeschleunigungen, aus GPS abgeleitete Bahn- und Radiookkultationsdaten oder Schwerefeldprodukte. Das SDS akquirierte, verarbeitete und archivierte auch verschiedene Zusatzdaten (z. B. meteorologische Felder), die für die Datenverarbeitung und -überprüfung erforderlich waren. Weitere Informationen finden Sie auf anderen Seiten wie "Produkte" oder "Schwerefeldergebnisse".
GRACE Bodenspuren
Basierend auf prädizierten GRACE-A Orbits (mit einer Schrittweite von 5s) ist die Bodenspurabdeckung über Europa für jeden Monat der GRACE Mission dargestellt. Die bei der Schwerefeldbestimmung tatsächlich vorhandene Abdeckung kann sich jedoch aufgrund von größeren Lücken in den wissenschaftlichen Daten der Instrumente an Bord von GRACE deutlich unterscheiden. Die hier dargestellten Abbildungen zeigen demnach lediglich die bestmögliche Datenabdeckung.
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2017
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2016
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2015
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2014
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2013
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2012
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2011
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2010
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2009
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2008
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2007
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2006
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2005
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2004
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2003
GRACE Bodenspuren Plots Europa 2002
GRACE/GRACE-FO Science Team Meetings
GRACE/GRACE-FO Science Team Meetings finden jährlich abwechselnd bei CSR in Austin und am GFZ in Potsdam statt.
Weitergehende Informationen sind nur in Englisch verfügbar.
PRARE | Präzises Entfernungs- und Dopplermesssystem (zur Satellitenbahnbestimmung)
Das PRARE-System (Precise Range And Range-Rate Equipment) wurde in den achtziger Jahren in Deutschland entwickelt und dient zur Messung von Entfernungen und relativen Geschwindigkeiten zwischen speziellen PRARE-Bodenstationen und PRARE-Bordsegmenten auf verschiedenen Satelliten. Mithilfe dieser Messungen können deren Bahnen und die Koordinaten der PRARE-Bodenstationen sehr genau bestimmt werden. Das PRARE-Messprinzip (Bestimmung von Signallaufzeiten und Frequenz-Dopplerverschiebungen) ähnelt grundsätzlich denen des amerikanischen GPS-Systems oder des französischen DORIS-Systems. Durch die Auslegung von PRARE als Zweiweg- Zweifrequenzsystem ist aber, im Vergleich mit GPS und DORIS, eine direktere Überwachung von für die Systemgenauigkeit relevanten Parametern möglich (z.B. Uhrenparameter und System-interne Signallaufzeiten).
Im Auftrag der ESA (European Space Agency) wurde ein global verteiltes Netzwerk von PRARE-Bodenstationen (Entwicklung bei DORNIER bzw. ND-Satcom) aufgebaut und für Messungen mit den Satelliten ERS-1 (1991), Meteor 3-7 (1994-1995) und ERS-2 (1995-2007) betrieben (Raumsegmente von Timetech bzw. Kayser Threde). Nach der Gründung des GFZ und der Leitung des Departments 1 durch Prof. Dr. Dr. e.h. Reigber (vormals Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut, DGFI), war ab 1992 die GFZ-Sektion 1.2 für den Betrieb des Systems und die Bereitstellung von PRARE-Produkten verantwortlich (zuvor DGFI). Der Betrieb des PRARE-Systems wurde im Januar 2007, hauptsächlich wegen Überalterung der Bodenstationshardware bzw. aus Kostengründen, beendet (keine Fördergelder ab 2004).
Projektpartner:
- ESA (European Space Agency)
- DARA (Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten GmbH, jetzt Raumfahrtagentur im DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt))
- TimeTech GmbH, Stuttgart, Deutschland
- Agenzia Spaziale Italiana (ASI), Matera, Italien
- Alfred-Wegener-Institut (AWI), Bremerhaven, Deutschland
- Astronomical Observatory Kitab (AOK), Kitab, Usbekistan
- Astronomical Observatory La Plata (AOLP), La Plata, Argentinien
- Center for Space Research (CSR), Austin, Texas, USA
- Council for Scientific and Industrial Research (CSIR), Pretoria, Südafrika
- Delft Technical University (DUT), Delft, Niederlande
- Institut für Angewandte Geodäsie (IfAG), Leipzig und Wettzell, seit 6.8.1997 BKG
- Indian Space Research Organisation (ISRO), Bangalore, Indien
- Jet Propulsion Laboratory (JPL), Pasadena, California, USA
- Laboratoire de Géologie-Géophysique de Nouméa (ORSTOM, IRD), Neukaledonien
- National Institute of Aeronautics and Space (LAPAN), Jakarta, Indonesien
- Nippon Institute of Polar Research (NIPR), Tokio, Japan
- Proudman Oceanographic Laboratory (POL), Birkenhead, UK
- Research Center of Astronomy and Geophysics (AGRC), Ulaan Baatar, Mongolei
- Shanghai Observatory (SAOB), Shanghai, China
- Statens Kartverk (SK), Honefoss, Norwegen
- Universität Kopenhagen (UC), Kopenhagen, Dänemark
Projektdauer:
- GFZ: 1993 - 2007
(davor DGFI: 1988 - 1992)
Finanzierung:
- Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten GmbH (DARA)
Förderkennzeichen: 50 EE 9305, 50 EE 9539 und 50 EE 9904
Projektbezogene Publikationen:
