Forschungs- und Entwicklungsprogramm - Rückblick - Reiner Rummel Astronomische und Physikalische Geodäsie Technische Universität München

Transkript

1 Forschungs- und Entwicklungsprogramm - Rückblick - Reiner Rummel Astronomische und Physikalische Geodäsie Technische Universität München Bad Kötzting, 24. Juni 2010

2 Globales Geodätisches Beobachtungssystem

3 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Beispiel: Ozeanzirkulation Beispiel: Eismassenbilanz weight function Albertella & Savcenko, 2010 Horwath and Dietrich, Geophys. J. Int.,2009 Beispiel: kontinentaler Wasserkreislauf Beispiel: Meeresspiegelanstieg Seitz et al., EPSL, 2008 Bosch, 2008

4 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Veränderungen der Geometrie der Land-, Eis- und Meeresflächen Rotationsverhalten des Erdkörpers Raumzeitliche Strukturen von Schwere und Geoid

5 DFG-Schwerpunkt: Massenanomalien und Massentransporte im System Erde Gravity field missions and variations in l.o.d. CHAMP GRACE GOCE Altimetry missions Geometry 3D+T: shape of Envisat land surfaces Jason-1 ice shields oceans ICESat Earth rotation Precession/ nutation polar motion CryoSat Oceanic transport ocean circulation (quasi-static and time variation), mass and heat transport, eddies, sea level: mass and volume change From satellite space sensor and data terrestrial to Geodetic Earth data system to Earth consistent System combination Parameters of Space Consistent geodetic data, models reference systems, data preparation for model assimilation, Separation of effects regional representation, filtering, error models, Data separation processing of signal Data components, combination mass balance, filtering complementary data Continental hydrology Continental water budget, closure of water balance (global, regional) water storage variation, trends and climate change Atmosphere and Ionosphere Composition of ionoshere Atmospheric sounding (T,H, P) Tropospheric models Mass balance atmosphere Ice mass balance and sea level ice surface: height change, velocities, mass budget of ice sheets, sea level rise from melting, dynamic ice models, sea ice: coverage, thickness Complementary remote sensing TerraSAR (2005) Topography Sea temperature Wind, Salinity, Soil moisture, SMOS, etc Gravity/ Geoid 3D+T: detailed geoid and gravity anomaly field Dynamics of mantle and crust mantle dynamics and geoid signal, time variation from global isostatic adjustment, plumes, slabs, gravity signal of crustal and lithospherie structures Earth Deep Interior Core-Mantle Coupling Mantle anelasticity ICB flattening (nach Ilk KH u.a., 2005) From Earth to Planets Moments of Inertia Fluid core? Isostatic (un)equilibrium Shape and gravity field

6 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Veränderungen im Erdsystem: klein große Bandbreite zeitlicher Skalen meist nicht direkt messbar teilweise natürlich, teilweise anthropogen teilweise lokal, teilweise global

7 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Notwendigkeit: globales terrestrisches Referenzsystem mit Bezug zum Inertialsystem Genauigkeit 10-9 langzeitstabil Veränderungen der Geometrie der Land-, Eis- und Meeresflächen * Rotationsverhalten des Erdkörpers Raumzeitliche Strukturen von Schwere und Geoid

8 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Gezeiten der festen Erde Ozeangezeiten Atmosphärengezeiten Atmosphärenauflast Ozeanauflast Plattenbewegung Postglaziale Hebungen

9 Programm der Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS) Die Forschungsgruppe Satellitengeodäsie will mit einem in sich geschlossenen Konzept einen zentralen Beitrag zur Realisierung des Globalen Geodätischen Beobachtungssystems liefern: Fundamentalobservatorium Beitrag zum Globalen Bezugsrahmen wissenschaftliche Beobachtungsdienste Internationales Terrestrisches Bezugssystem Geometrie des Erdschwerefelds Zukunftstechnologien Exemplarisch: wissenschaftliche Anwendungen Kernfrage: Veränderungen bezüglich was?

10 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Fundamentalobservatorium Wettzell VLBI: 20m Teleskop Twin-Teleskop (VLBI2010) Korrelation // Echtzeit SLR: WLRS für HEOs SOS-W für LEOs Kontrollsystem Lokale Geophysik: Supraleitgravimetrie Neigungsmessung Hydrologie Meteorologie/Troposphäre Laserkreisel: Neue Möglichkeiten 10-9 Christchurch Piñon Flat GNSS z.b. CONGO-Echtzeitnetz Lokale Vermessung Zeitsysteme Automatisierung und Systemsteuerung

11 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Nördliches Halbrund versus südliches Halbrund

12 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick TIGO-Observatorium, Concepciόn VLBI-Teleskop, O Higgins

13 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick

14 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Observations Mission teams Combination IERS Geometry-related Products IVS IGS ILRS IDS IGFS Gravity & Surface Topography... GGP PSML GLOS S

15 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick ITRF2008 Lösung des DGFI (ITRF2008D)

16 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick

17 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick GOCE = Gravity and steady-state Ocean Circulation Explorer Erste Mission des Living Planet Programme der ESA Start: 17. März 2009 von Plesetsk, Russland

18 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick

19 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Sánchez, L., W. Bosch, 2009

20 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Zukunftstechnologie: höher in puncto Präzision Auflösung Stabilität Echtzeitnähe Datenrate Automatisierungsgrad Datensicherheit Trennbarkeit von Einflüssen Raumsegment Bodensegment Verbindung Labor Umgebung

21 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Beispiel: Ozeanzirkulation Beispiel: Eismassenbilanz weight function Albertella & Savcenko, 2010 Horwath and Dietrich, Geophys. J. Int.,2009 Beispiel: kontinentaler Wasserkreislauf Beispiel: Meeresspiegelanstieg Seitz et al., EPSL, 2008 Bosch, 2008

22 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick GGOS benötigt die Unterstützung von ministerieller Seite - Intergovernmental -

23 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Schlussbemerkungen: Wichtige Weichenstellungen in Wettzell Neue Leitung von FESG und FGS In München: Bildung eine Konsortiums Intensives internationales Engagement Stationsleitung

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25 Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS): Rückblick Nördliches Halbrund versus südliches Halbrund

26 Veränderungen der Geometrie der Land- Eis- und Meeresflächen Orientierung des Erdkörpers im Raum Schwere und ihre zeitliche Veränderungen

27 Initiative zu einem Globalen geodätischen Beobachtungssystem (GGOS) Koordination des Themas Beobachtung des Erdsystems aus dem Weltraum (BMBF) Teilnahme am DFG Schwerpunktprogramm 1257 Massentransport und Massenverteilung im Erdsystem ESA Satellitenmission GOCE Starttermin: Frühjahr 2008

28 Steering Coordination Combination Observations Mission teams IVS Steering Committee Communication & Network IERS Geometry-related Products IGS ILRS Executive Committee Coordination Office Geodetic Standards & Conventions IDS... Science Panel Satellite & Space Missions IGFS Gravity & Surface Topography GGP PSML GLOS S

29 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Veränderungen der Geometrie der Land- Eis- und Meeresflächen Rotationsverhalten des Erdkörpers Raumzeitliche Strukturen von Schwere und Geoid

30 Initiative zu einem Globalen Geodätischen Beobachtungssystem (GGOS)

31 Themen: S/W-Korrelation bzw. Echtzeitkorrelation Physik eines Ringlasers der zweiten Generation Uhren und Zeit Observatorien: zentral versus virtuell Modellierung des Strahlungsdrucks, Restwiderstands der Atmosphäre und Albedos Troposhäre und Laufzeitverzögerung / Refraktion Local Ties Echtzeit-GNSS und zukünftige Anforderungen (Navigation ) Beschleunigungsmessung (Absolut, supraleitend, differentiell, im Flugzeug, im Satelliten) Raumverfahren Koordinatensysteme Zielparameter Hintergrundmodelle Die Erde messen und wägen neue Produkte (Überwachungssysteme )

32 Anfangswertproblem (für das wohin erst das wo) Vorhersage umso besser umso genauer die zuvor liegende Trajektorie bekannt ist (von Sputnik via Williamstown, via SLR mit LAGEOS, Doppler, SAO, Goddard, etc nach GPS) SFB78 zur FGS GGOS, Forschergruppen, DFG-SPP, GT-Programm Satellitenmissionen Laserkreisen, TIGO Twin + SOS

33 Globales Geodätisches Beobachtungssystem Geophysikalische Skalen Erdmaßstab: R, g

34 Einfach Trends aufzuzählen, weit schwieriger ist es, eine Öffnung für Wettzell zu formulieren Fundamentalstation 2020 Troposphäre Zeitsysteme Automatisierung Schnelle Verbindungen Mißt das Twin Winkel? Messen die Laser Winkel? t α A B

35 Initiative zu einem Globalen geodätischen Beobachtungssystem (GGOS) Koordination des Themas Beobachtung des Erdsystems aus dem Weltraum (BMBF) Teilnahme am DFG Schwerpunktprogramm 1257 Massentransport und Massenverteilung im Erdsystem ESA Satellitenmission GOCE Starttermin: Frühjahr 2008

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37 Erdfigur Form/Deformation/Bewegung VLBI SLR GPS DORIS InSAR Altimetrie (Eis & Ozean) Fernerkundung Laserscanning Pegel Erdrotation Nutation/Pol/Tageslänge klassische Astronomie VLBI Laserentfernungen zu Satelliten und zum Mond GPS DORIS Terrestrische Drehratensensoren verknüpft in einem Bezugssystem mit einer Genauigkeit von 1 : 10-9 Schwere und Geoid klassische Bahnanalyse SST hoch-niedrig (CHAMP) SST niedrig-niedrig (GRACE) Gradiometrie (GOCE) Fluggravimetrie Absolut- /Relativgravimetrie Supraleitende Gravimeter GPS/Nivellement

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39 Nutzung der Arbeiten der FGS in den Erdwissenschaften DFG Forschergruppe Erdrotation und globale dynamische Prozesse DFG Schwerpunkt Massentransporte und Massenverteilung im System Erde

40 Der vierte Pfeiler oder wie die Refraktion von Fehler zum Signal wird Niveau 1: GPS + GLONASS + GALILEO + Niveau 2: Low Earth Orbiters Niveau 3: terrestrische Satellitenmesssysteme

41 Satellite and Lunar Laser Ranging (SLR & LLR) (SOS-W-Gebäude) Satellite Observing System Wettzell (SOS-W): Ausgelegt auf Low Earth Orbiters Maßstabsreferenz z.b. für Schwerefeldmissionen: Zweifarbensystem und Abtastrate 1 KHz (altes) Wettzell Laser Ranging System (WLRS): Ausgelegt auf hochfliegende Satelliten (GALILEO), Mond, aber auch planetare Missionen Vorbereitung: (aktive) Transponder auf Satelliten oder Mondoberfläche Japanisches SELENE-Vorhaben (Event Timer)

42 Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Grundsatzpapier des IVS: mittelfristiges Ziel mm-genaue, kontinuierliche, automatische und echtzeitnahe Messung von Basislinien und Erdrotationsparametern Wettzell: Schnelles, relativ kleines, relativ automatisches Antennenpaar Breites Frequenzband und Empfängeroptimierung Altes Teleskop für Kontinuität der CRF-Reihen und interplanetare Proben Datenübertragung über Netz bzw. Disksysteme Angepasst: neue Korrelatorengeneration Optimierung und Automatisierung der Verarbeitungskette

43 Großringlaser ( G -Ring mit Tüftler) Zusammenarbeit mit Christchurch (NZ) Momentan: internationale Spitzenstellung Ziel: angepeilte Relativgenauigkeit von 10-9 zu realisieren Noch perfektere Spiegel Optimierung des Lasermediums Konsistenz Ringlaser- und Tiltmetermessungen Parallelbeobachtungen mit zweitem Ringlaser GEOsensor: Weiterentwicklung des Sensors und der Analyse der seismischen Signale (Van Allan Spektrum des G )

44 Zeitmessung Uhren und Zeitsynchronisation bestimmen den Pulsschlag der Entwicklung hin zu einem Globalen Integrierten Beobachtungssystem (H-Maser)

45 Geometrie Form und Deformation Orientierung des Erdkörpers im Raum Schwere und ihre zeitliche Veränderungen

46 Aufbau eines Globalen Geodätischen Beobachtungssystems (GGOS)

47 Mit modernen Uhren, Elektronik und den Raumverfahren hat die Geodäsie als vierte Dimension die Zeit erobert Kurze Intervalle: Mittlere Intervalle: Laufzeitmessung von Signalen Vergleich von künstlichen und astronomischen Uhren Lange Intervalle: Aufdeckung und Überwachung von Prozessen im Erdsystems

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