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 Baltic Sea Hydrographic Commission (HSHC) und der 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).

- Projektleitung: Swedish Maritime Administration (Sjöfartsverket)

- Projektpartner im Bereich der Geodäsie:

• Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie, Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (Deutschland)
• Dänische Technische Universität Kopenhagen
• Lantmäteriet (Schweden)
• National Land Survey of Finnland (NLS)

Das Projekt FAMOS startete 2014 und endete 2019. Die Geoidbestimmung im FAMOS-Projekt wurde dabei durch die EU-Kommission mit 50% der Aufwendungen gefördert. Die Berechnung des neuen gravimetrischen Geoids (das Baltic Sea Chart Datum 2000) wird zurzeit unter der Leitung der Chart Datum Working Group der HSHS abgeschlossen.

Der Beitrag des GFZ im FAMOS-Projekt bestand in der Durchführung von Schiffsgravimetrie-Kampagnen einschließlich der Datenprozessierung. Dabei kommt das Flug/Schiffsgravimeter Chekan-AM zum Einsatz.

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)

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.

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.

Diese Seite existiert nur in englischer Sprache.

Seit 2011 ist das GFZ in der GETRIS (Geodesy and Time Reference in Space) Studie der ESA tätig. Das GETRIS-Konzept hat die Realisierung einer geostationären Referenz für Geodäsie und Zeitanwendungen im Weltraum und am Boden zum Ziel. Das aus mehreren geostationären Satelliten (GEO) bestehende Raumsegment ist dabei mit präzisen Uhren ausgerüstet und liefert die Zeitübertragung sowie das Ranging zu auf niedrigen Erdbahnen fliegenden Satelliten (LEO) und zu Bodenstationen. Eines der Ziele der Studie ist die Untersuchung möglicher Verbesserungen der präzisen Bahnephemeriden der LEO-Satelliten und die Reduzierung systematischer Offsets zwischen derzeitigen Beobachtungsverfahren (z.B. GNSS, VLBI, SLR, oder DORIS). Ein weiteres Ziel, das vom GFZ bearbeitet wird, ist die Untersuchung von möglichen Verbesserungen bei der Erdschwerefeldbestimmung durch die Hinzunahme von präzisen GEO-LEO Entfernungsbeobachtungen zur nominellen GRACE-Konfiguration.

Zwei neue Beobachtungstechniken werden in dieser Studie untersucht: a) die VLBI Beobachtungen abgeleitet aus abgestrahlten Beacon-Signalen von GEO-Satelliten und b) die Nutzung von Laser Communication Terminals für Ranging und Zeitübertragung.

Die anderen beteiligten Institute im Projekt sind TimeTech GmbH (Führung), Stuttgart, die Technische Universität München (TUM), das Institut für Geodäsie und Geoinformation (IGG), Bonn, und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig.

JIGOG (Surface mass redistribution from Joint Inversion of GPS site displacements, Ocean bottom pressure models and GRACE global gravity models) ist ein gemeinsames Projekt des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven, des Instituts für Planetare Geodäsie (IPG) der Technischen Universität Dresden, des Instituts für Geodäsie und Geoinformation (IGG) der Universität Bonn und des GFZ im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms SPP1257 "Massentransporte und Massenverteilungen im System Erde".

Wenn sich Wasser-, Schnee- und Luftmassen an der Erdoberfläche umverteilen, lassen sich die folgenden Effekte beobachten:

• Das Schwerefeld der Erde ändert sich, da Gegenden mit mehr Massen eine stärkere gravitative Anziehungskraft ausüben,
• Der Oberflächendruck ändert sich, da sich die neu entstandenen Säulen aus atmosphärischen und ozeanischen Massen durch ein unterschiedliches Gewicht auf der Erdoberfläche bemerkbar machen und
• Die Form der festen Erde ändert sich, da sie durch den veränderten Oberflächendruck und das veränderte Schwerefeld deformiert wird (Selbstanziehung).

Innerhalb des JIGOG Projekts ist eine Strategie entwickelt worden, um auf konsistente Art und Weise Daten der Satellitenmission GRACE (wöchentliche GFZ Schwerefeldmodelle, verfügbar im Information System and Data Center (ISDC)), simulierte Ozeanbodendruckdaten aus dem FESOM Modell (Finite Element Sea Ice-Ocean Model) des AWI sowie Stationsbewegungen in einem permanenten globalen Netzwerk aus GPS Stationen (konsistent reprozessiert durch das IPG) mit dem Ziel zu kombinieren, die zeitvariablen Massenänderungen an der Erdoberfläche zu erfassen. In Ergänzung zu den genannten Datensätzen gibt es einige andere geodätische Verfahren, die in (naher) Zukunft ebenfalls benutzt werden können, wie z.B. Satellite Laser Ranging (SLR) und Altimetrie. Der Austausch zwischen den Hauptanteilen der Erdmassen ist momentan noch weitestgehend ungenau bekannt und dessen Erfassung mittels einzelner Verfahren wird durch datenspezifische Nachteile erschwert. Unser Kombinationsansatz, basierend auf kleinster-Quadrate-Ausgleichung, ermöglicht eine höhere Genauigkeit, eine größere zeitliche Auflösung und berücksichtigt die datenspezifischen Probleme. Unsere Ergebnisse tragen daher wesentlich zum derzeitigen Wissen über globale Massenänderungen an der Erdoberfläche bei.

Weitere Informationen sind auf der JIGOG Webseite des SPP1257 zu finden.

COTAGA (Combined Ocean Tide Analysis by GRACE and Altimetry Data) ist ein gemeinsames Projekt des Deutschen Geodätischen Forschungsinstituts (DGFI) in München, des Instituts für Theoretische Geodäsie und Satellitengeodäsie (ITSG) der Technischen Universität Graz und des GFZ im Rahmen des DFG Schwerpunktprogramms SPP1257 "Massentransporte und Massenverteilungen im System Erde/typo3/".

Präzise Ozeangezeitenmodelle sind äußerst wichtig, um (a) den Effekt der Ozeangezeiten von den Beobachtungen von Satellitenmissionen wie CHAMP, GRACE oder GOCE zu reduzieren, damit die daraus abgeleiteten Schwerefeldmodelle ausschließlich das gewünschte Erdschwerefeldsignal enthalten, und (b) die aus Satellitenaltimetrie bestimmte Meerestopographie ebenfalls von den Ozeangezeiten zu befreien, da dies sowohl Vergleiche verschiedener Meerestopographien untereinander erleichtert als auch deren Assimilation in numerische Modelle. Da Schwächen in den aktuell verfügbaren Ozeangezeitenmodellen, vor allem in küstennahen Schelfgebieten sowie in den Polarmeeren, bekannt sind, verfolgt das Projekt COTAGA die folgenden Strategien:

Empirische Verbesserungen des häufig benutzten Ozeangezeitenmodells FES2004 sollen erreicht werden durch (a) Schätzen von Residuen für einige Haupttiden aus GRACE Daten allein mit einer räumlichen Auflösung von ca. 1000 km (langwelliger Anteil) sowie (b) Anwendung der sogenannten Response-Methode und der harmonischen Analyse auf Multi-Missions-Altimeterdaten, um speziell in Flachwassergebieten sowie für nicht-lineare Effekte wie die M4 Tide Korrekturen zu erhalten (kurzwelliger Anteil). Die Ergebnisse aus der Altimetrie werden dabei zunächst für die Berechnung eines verbesserten FES2004 Modells verwendet, dem sog. EOT??a Modell (Empirical Ocean Tide Model, wobei ?? für das jeweilige Jahr der Entstehung steht, z.B. „08“, „10“ oder „11“), welches wiederum in Folge benutzt werden kann, um in der Schwerefeldbestimmung sowie bei der Korrektur  von Altimeterdaten bessere Ergebnisse zu erhalten. Die optimale kombinierte Lösung aus Altimetrie und GRACE wird schließlich zu einem Modell namens EOT??ag führen. Zur Validation aller Modelle werden verschiedene Verfahren benutzt.

Aktuell sind im Projekt die folgenden Ziele erreicht worden:

• Eine Reihe neuer globaler empirischer Ozeangezeitenmodelle (EOT08a/typo3/, EOT10a, EOT11a) wurde mittels (harmonisierter, verbesserter und kreuzkalibrierter) Analyse von Multi-Missions-Altimeterdaten erzeugt. Die Auswertung der Ergebnisse ergibt Korrekturen von bis zu 15 cm für Amplituden in Flachwassergebieten, großskalige Korrekturen für M2 und K2 in der Größenordnung von 1-2 cm sowie eine klar erkennbare Dekorrelation kritischer Tiden (Mittel & S2, K2 & Ssa). EOT11a wird für die GRACE RL05 Reprozessierung verwendet und wird die Basis für ein kombiniertes EOT??ag Modell aus Altimetrie & GRACE bilden, welches zum Ende des Projekts verfügbar sein soll.
  
  
• Residuale Ozeangezeiten bzgl. des EOT11a Modells sind aus 10 Jahren (2003-2012) monatlicher GRACE RL05 Normalgleichungen geschätzt worden. Ergebnisse für die M2, K2, K1 und O1 Tiden sind in der Abbildung unten dargestellt. Daraus wird deutlich, dass GRACE in der Lage ist, zusätzliche Informationen in hohen Breiten zu liefern (> 66°  N/S), in denen einige wesentliche Altimetriesatelliten (TOPEX, JASON-1/2) aufgrund ihrer Inklination nichts beitragen können. Es werden jedoch auch in vielen Regionen mittlerer Breite, vor allem entlang von Küsten, einige großskalige Signale aus GRACE Daten dazu geschätzt. Die maximalen residualen Amplituden haben, je nachdem welche einzelne Tide betrachtet wird, eine Größenordnung von 1-3 cm, was sich bereits im Bereich der aktuellen Genauigkeit von zeitvariablen GRACE Schwerefeldlösungen befindet.

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.

ANTARCTIC-IMB (The Antarctic Ice Sheet Mass Balance from Satellite Geodesy and Modeling) ist ein Gemeinschaftsprojekt der Technischen Universität Dresden (TUD), dem Alfred-Wegener-Institute (AWI) in Bremerhaven, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen und dem Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) innerhalb des DFG Schwerpunkt Program 1257 "Massentransport und Massenverteilung im System Erde".

Ziel des Projektes is eine neue und umfassende Bestimmung der Eismassenbilanz der Antarktis und
ihrer Haupt Eiseinzugsgebiete sowie dem korrespondierenden Beitrag zum Meeresspiegelanstieg in bisher unerreichter Genauigkeit. Die Beobachtungsgrundlage sind zeitlich variable regionale Schwerefeld Modelle basierend auf GRACE (Bereitgestellt vom GFZ), Höhenänderungen der Eisoberfläche durch Beobachtungen von ICESat und Oberflächenfliessgeschwindigkeiten von Satelliten Radar mit dynamisch- synthetischer Apertur (SAR) und Merkmalsverfolgung wie auch GPS Beobachtungen zur Bestimmung der Lithosphärendeformation. Zur Bestimmung der Schneeakkumulation wird mikrowellenbasierte Fernerkundung angewandt. Daten derzeitiger Satellitenmissionen wie GOCE, TerraSAR-X/TanDEM-X und CryoSat-2 sollen signifikant zur Verbesserung und Erweiterung der Ergebnisse beitragen . Mit höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung werden wir besonders die Teile des Antarktischen Eisschildes untersuchen, die den stärksten dynamischen Veränderungen ausgesetzt sind: die Antarktische Halbinsel, die West Antarktis  sowie die Zone in unmittelbarer Nähe zum Inlandeis (dem Verlauf der kontinentalen Küste).

In der letzten Projektphase werden wir darüberhinaus die Antarktis als einer der Schwerpunkte des globalen Wasserkreislaufes in den Fokus nehmen. in diesem Zusammenhang wird zusätzlich zu der Eismassenbilanz die Fliessgeschwindigkeit entlang der Küstenregionen / Randbereiche des Eisschildes als wichtige Kenngröße bestimmt werden. Resultate werden in 2013 publiziert.

A. Groh, H. Ewert, R. Rosenau, E. Fagiolini, C. Gruber, D. Floricioiu, W. Abdel Jaber, S. Linow, F. Flechtner, M. Eineder, W. Dierking, R. Dietrich (2013). Mass, volume and velocity of the Antarctic ice sheet: present-day changes and error effects. Special Issue DFG SPP "Mass Transports and Mass Distribution in System Earth", Surveys in Geophysics.

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). 

Ein Bericht zum Betrieb des Systems (bis Ende des Förderzeitraums in 2003) findet sich hier .

Falck, C., Flechtner, F., Massmann, F.-H., Raimondo, J.-C., Reigber, Ch., and Scherbatschenko, A. (2013), Betrieb des PRARE-Bodensegments für ERS-2 - Abschlussbericht 2003. Scientific Technical Report 04/20, GFZ German Research Centre for Geosciences.

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.

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.