Geodätische Woche 2014 Berlin Book of s Institut für Geodäsie und Geoinformationstechnik Professur für Satellitengeodäsie Berlin, 25. September 2014
1 Inhaltsverzeichnis 1 Geodätische Bezugssysteme 2 2 Schwerefeld und Geoid 11 3 Erdrotation und Geodynamik 33 4 Angewandte Geodäsie und GNSS 42 5 GGOS (Global Geodetic Observing System) 61 6 Theoretische Geodäsie 72 7 Forum Geodetic Science and Technology 81
2 1. Geodätische Bezugssysteme (D. Angermann, H. Drewes, J. Ihde, A. Nothnagel, M. Seitz)
3 Beobachtungsplanung und Auswertung des australischen VLBI-Netzwerks (AuScope) D. Mayer, J. Böhm, J. Lovell, J. McCallum, L. Plank, S. Shabala, J. Sun david.mayer@tuwien.ac.at Technische Universität Wien (Wien, Österreich) Im März 2010 wurde das AuScope VLBI-Netzwerk in Australien fertiggestellt. Es besteht aus drei 12 m Radioteleskopen in Hobart (Tasmanien), Katherine (Northern Territory), Yarragadee (Western Australia) und einem Korrelator in Curtin (Western Australia). Zeitweise nehmen auch andere südliche Stationen, wie das 15 m Teleskop in Hartebeesthoek (Südafrika) und das 12 m Teleskop in Warkworth (Neuseeland) an den sogenannten AUSTRAL- Experimenten teil. Das AuScope-Netzwerk verdichtet das VLBI-Netz auf der südlichen Hemisphäre, wodurch vor allem eine Verbesserung des Himmelsreferenzrahmens (ICRF) durch vermehrte Beobachtung südlicher Radioquellen erwartet wird. Die AUSTRAL-Kampagnen werden mit zwei unterschiedlichen Strategien durchgeführt: einerseits astrometrische Beobachtungen, welche zur Verdichtung des südlichen ICRF beitragen sollen und andererseits geodätische Experimente, für präzise Stationskoordinaten und die Bestimmung der Plattentektonik. Es werden sowohl 24-h Beobachtungen in regelmäÿigen Abständen über das Jahr verteilt durchgeführt, als auch kontinuierliche Messkampagnen über mehrere Tage. Die Beobachtungspläne für alle AUSTRAL-Experimente werden seit Mitte 2013 in einer Zusammenarbeit zwischen J. Sun (SHAO, vormals TU Wien) und der TU Wien erstellt. In diesem Beitrag wird das AuScope- Netzwerk vorgestellt, die verschiedenen Strategien zur Erstellung der Beobachtungspläne erläutert und erste Zeitreihen von Resultaten präsentiert.
4 1. Geodätische Bezugssysteme GNSS tracking by VLBI telescopes Li Liu, James Anderson, Tobias Nilsson, Robert Heinkelmann, Minghui Xu, Benedikt Soja, Julian A. Mora-Diaz, Maria Karbon, Cuixian Lu, Santiago Belda, Virginia Raposo-Pulido, Harald Schuh liuli@gfz-potsdam.de GFZ (Potsdam, Deutschland) The topic of Global Navigation Satellite System (GNSS) tracking with Very long Baseline Interferometry (VLBI) telescopes has been attracting global attention nowadays for linking the dynamic satellite reference frame to the more stable International Celestial Reference Frame (ICRF) realized only by the VLBI technique through observing extragalactic radio sources. With assistance of dierential VLBI observations between GNSS satellites and radio sources, space ties could be established, which can work as an alternative of local tie on ground. In this way, the discrepancies involved in the geodetic survey between the reference points inside the VLBI infrastructures and GNSS receivers could be avoided. Therefore, this approach could possibly contribute to improve the International Terrestrial Reference Frame (ITRF) and the Global Geodetic Observing System (GGOS) of the International Association of Geodesy (IAG). By equipping new L-band receivers on the VLBI telescope, the observation of near-earth satellite by VLBI antennas has become possible. Based on the traditional VLBI data processing pipeline, the time delays between the GNSS signals arriving at two dierent ground stations can be modelled, allowing us to evaluate the observation quality and detect possible systematic errors in the GNSS system. Since the narrow-band GNSS signals dier from the broad-band of the radio sources, the process in correlation and fringe-tting has to be specially dealt with. Recently, a few related experiments were carried out and rst results were reported. Thus, the VLBI delay models at nite distance can now be tested and veried. In this contribution, we describe the way of data processing and the software development for this type of VLBI-GNSS observation and present the simulation results for future experiments.
5 Beitrag von Zwischensatellitenlinks zur inneren Genauigkeit von GNSS-Bahnen Monika Stetter, Urs Hugentobler, Anja Schlicht m.stetter@tum.de Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie (München, Deutschland) Präzise GNSS-Bahnbestimmung erfolgt heute ausschlieÿlich mit Beobachtungen vom Boden, wie z.b. GNSSoder SLR-Messungen. Solche Verfahren zeichnen sich durch eine schlechte Beobachungsgeometrie aus und sind durch troposphärische Fehler beeinusst. Zwischensatellitenbeobachtungen erlauben eine relativen Satelliten-Positionsbestimmung im Orbit mit einer wesentlich besseren Beobachtungsgeometrie. Zudem sind sie frei von Troposphärenfehlern. Das Netz aus beobachteten Zwischensatelliten-Distanzen kann zur Realisierung eines dynamischen Referenzrahmens genutzt werden. Die Verknüpfung dieses Rahmens mit dem ITRF kann mit Hilfe der Beobachtungen von GNSS-Bodenstationen erfolgen. Untersucht werden soll die Stabilität der Orientierung dieses Rahmens sowie dessen Anbindung an das ITRF über verschiedene Konstellationen an Bodenstationen.
6 1. Geodätische Bezugssysteme Einuss nicht-linearer Stationsbewegungen Ralf Schmid, Mathis Bloÿfeld, Detlef Angermann schmid@dg.badw.de Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (München, Deutschland) Zeitreihen von Stationskoordinaten weisen häug nicht-lineare Signalanteile auf, die im wesentlichen durch atmosphärische und hydrologische Auasteekte hervorgerufen werden. Diese mitunter jahreszeitlichen Signale wurden bei der Realisierung globaler Referenzsysteme in der Vergangenheit unterdrückt. Für den Internationalen Referenzrahmen 2008 (ITRF2008) wurden lediglich lineare Bewegungen mittels konstanter Stationsgeschwindigkeiten berücksichtigt. Eine neue Realisierung (ITRF2013) soll nun auch Korrekturwerte für sich jährlich wiederholende Stationsbewegungen umfassen. Am Deutschen Geodätischen Forschungsinstitut werden im Rahmen der DFG-Forschergruppe Referenzsysteme zwei verschiedene Ansätze verfolgt, um auch nicht-lineare Stationsbewegungen angemessen zu berücksichtigen: 1) Schätzung der Amplituden von Sinus- bzw. Cosinus-Schwingungen mit jährlichen Perioden bei der Berechnung von globalen mehrjährigen Referenzrahmen, 2) Schätzung aufeinanderfolgender Referenzrahmen aus den Daten eines verhältnismäÿig kurzen Zeitraumes (von einer Woche bis zu einem Monat). Wir werden zeigen, was dies jeweils für die Festlegung des Datums bedeutet und wie sich die Berücksichtigung nicht-linearer Stationssignale auf andere Parameter auswirkt.
7 TIGA GNSS data reprocessing 1994-2012 Zhiguo Deng, Gerd Gendt, Tilo Schöne, Mathias Fritsche deng@gfz-potsdam.de GFZ Potsdam (Potsdam, Deutschland) The International GNSS Service (IGS) Tide Gauge Benchmark Monitoring Working Group (TIGA-WG) is responsible for analyzing GNSS data from stations at or near tide gauges (TG) on a preferably continuous basis and to provide information specically for the vertical rates. The position and vertical velocity results of the stations can be applied in several geodetic and geophysical studies, such as global and regional sea-level change studies, calibration of satellite altimeters and the unication of height systems. The GNSS data of about 800 global distributed sites for the time span from 1994 until end of 2012 are reprocessed. In this presentation the GFZ process scheme and some results of the TIGA GNSS data reprocessing are given.
8 1. Geodätische Bezugssysteme Ein vertikales Krustenbewegungsmodell für Alaska Daniel Landskron, Johannes Böhm (TU Wien), Je Freymueller (University of Alaska Fairbanks) Daniel.Landskron@gmx.at Technische Universiät Wien (Wien, Österreich) Die Daten von GPS-Messungen aus über 22 Jahren wurden verwendet, um ein Modell für die vertikalen Krustenbewegungen Alaskas zu berechnen. Zu diesem Zweck wurden die Messungen von 608 GPS-Stationen ausgewertet: kontinuierlich messende Stationen, die von diversen Agenturen für verschiedene Zwecke und Interessen installiert worden sind, sowie eine Vielzahl an Stationen, die für bestimmte Messkampagnen errichtet worden sind und nur vereinzelte Messungen pro Jahr aufweisen. Zusätzlich wurden bereits prozessierte Daten aus Schwerefeldmessungen der Satellitenmission GRACE miteinbezogen, um in erster Linie saisonale Variationen der hydrologischen Auasteekte modellieren zu können. Diese Präsentation wird die Ergebnisse dieser Studie für alle Teile Alaskas zeigen.
9 DFG-Forschergruppe Referenzsysteme - Herausforderungen für die zweite Phase Poster Axel Nothnagel nothnagel@uni-bonn.de Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn (Bonn, Deutschland) Zum Beginn des kommenden Jahres steht die Verlängerung der Finanzierung für die DFG-Forschergruppe Space-time reference systems for monitoring Global Change and for precise navigation in space an. Das Ziel dieser Forschergruppe ist die Entwicklung und Realisierung von erd- bzw. mondfesten, himmelsfesten und dynamischen Referenzsystemen, die höchsten Anforderungen an Genauigkeit und insbesondere Konsistenz genügen. In der zweiten Phase der auf insgesamt sechs Jahre angelegten Förderung der Forschergruppe sollen weiterführende Untersuchungen und Entwicklungen erfolgen, die vor allem auf eine Konsolidierung der Ergebnisse der Einzelprojekte abzielen. Damit ergeben sich neue Herausforderungen und Realisierungsansätze, die in diesem vorgestellt werden sollen.
10 1. Geodätische Bezugssysteme Reference frame induced long-term eects on EOP Poster Santiago Belda, Robert Heinkelmann, Tobias Nilsson, Benedikt Soja, Maria Karbon, James Anderson, Li Liu, Cuixian Lu, Julian A. Mora-Diaz, Virginia Raposo-Pulido, Minghui Xu, Jose M. Ferrándiz and Harald Schuh santiago.belda@ua.es University of Alicante. Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ (Alicante, Spain) Nowadays, precise transformations between the celestial (ICRF) and terrestrial (ITRF) reference frames are needed for many Earth sciences. For this reason, Earth Orientation Parameters (EOP) should be estimated with a high level of consistency between both reference frames and EOP series provided by the Earth Orientation Center of the IERS (International Earth Rotation and Reference Systems Service). The dierent ITRF (based on VLBI, SLR, GNSS and DORIS) and ICRF realizations (based on VLBI) might cause a slow degradation of the consistency between them (dierences in geometry, orientation, and scale). Besides, the IERS EOP series are not perfectly aligned to the ITRF and ICRF since they are often referred to dierent terrestrial and celestial frames, resulting in small inconsistency of the EOP series with respect to the ITRF and ICRF. Various consistency studies are carried out. First of all, we carefully test several ITRF to study their impact on EOP, in particular on their long-term consistency. Next, the consistency is evaluated between dierent EOP series (IERS C04 08, IERS C04 05, IERS C04) and several ITRF. These tasks are carried out in order to get more insight into the attainability of the accuracy and stability goals pursued by the Global Geodetic Observing System (GGOS) of the IAG (1 mm position and 0.1 mm/yr velocity on global scales for the ITRF).
11 2. Schwerefeld und Geoid (J. Flury, A. Eicker, H. Wilmes, M. Horwarth)
12 2. Schwerefeld und Geoid Ein gravimetrisches Experiment im Testgebiet Wüstebachtal F. Lorenz, J. Schall, J. Kusche, B. Schilling, H. Bogena s7felore@uni-bonn.de Universität Bonn, Institut für Geodäsie und Geoinformation, APMG (Bonn, Deutschland) Residuales Signal in den Messungen eines Gravimeters lässt sich gröÿtenteils durch die lokale bis regionale Hydrologie erklären. Dies macht gravimetrische Messungen interessant für die Validierung und Weiterentwicklung hydrologischer Modelle. Umgekehrt gibt der Vergleich zwischen Messung und Modellierung Aufschluss über die Sensitivität des Messinstrumentes. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer dreiwöchigen gravimetrischen Messkampagne im TERENO Versuchsstandort Wüstebachtal präsentiert. Eingesetzt wurde das CG-5 Relativgravimeter der Firma Scintrex. Mit Hinblick auf die eingeschränkte Messgenauigkeit des Gravimeters, wurde besondere Mühe auf die Wahl eines geeigneten Standpunktes verwendet. Um unabhängig von der örtlichen Infrastruktur entscheiden zu können, wurde eine Schutzhütte angefertigt, die auch Aufstellungen im freien Gelände erlaubt. Das Versuchsgelände Wüstebachtal ist ein kleines Gebiet innerhalb des Einzugsgebietes der Rur. Das Forschungszentrum Jülich betreibt hier, als Bestandteil des Terrestrial Environmental Observatory (TERENO) Eifel/Niederrheinische Bucht, ein dichtes Netz meteorologischer und hydrologischer Sensoren sowie das hydrologische Modell ParFlow. Die vorhergesagten hydrologischen Massenvariationen werden vorwärtsmodelliert und als Vergleich für die Messreihe herangezogen.
13 Rückführung der Absolutschweremessungen mit dem hannoverschen FG5X-220 auf SI-Einheiten Manuel Schilling, Ludger Timmen schilling@ife.uni-hannover.de Leibniz Universität Hannover - Institut für Erdmessung (Hannover, Deutschland) Die Messung der absoluten Schwere wird derzeit in erster Linie durch die laserinterferometrische Distanzmessung zu einem frei fallenden makroskopischen Objekt durchgeführt. Das Micro-g LaCoste FG5 ist ein Frei-Fall Gravimeter, in dem ein Laserinterferometer in Mach-Zehnder Konguration einen entlang der Lotlinie fallenden Reektor verfolgt. Aus der simultanen Zeit- und Distanzmessung wird der absolute Schwerewert berechnet. Diese Methode der Schweremessung ist unabhängig von externen Referenzen, wie z.b. einem Referenzpunkt. Die notwendigen Gebrauchsstandards für die Messung, also die Rubidium Uhr und der Laser, sind in dem Absolutgravimeter integriert. Ein 10 MHz Rubidium Oszillator mit einer relativen Genauigkeit in der Gröÿenordnung von 5x10 10 stabilisiert die Zeitmessung. Der Jod stabilisierte HeNe-Laser hat eine absolute Genauigkeit von 2.5x10 11 und erfordert nach Kalibrierung durch den Hersteller keine weitere Kalibrierung. Die Rückführung auf SI-Einheiten wird grundsätzliche nach zwei Methoden durchgeführt. Zum einen wird die Rubidium Uhr mehrfach im Jahr mit einem Frequenznormal höherer Genauigkeit kalibriert. Ergänzend dazu wird das Messniveau des Absolutgravimeters als komplettes System regelmäÿig durch Vergleich mit einer Referenz höherer Genauigkeit verglichen. Dazu wird aufgrund einer umfangreichen Verleichskampagne das Messmittel aus mehreren oder vielen Absolutgravimetern als Referenz deniert. Das seit 2002 am Institut für Erdmessung in Hannover eingesetzte FG5-220 wurde im Jahr 2012 auf den aktuellen Stand der Entwicklung umgerüstet. Teile dieser Umrüstung auf das FG5X-220 sind eine neue Dropping Chamber mit längerem Fallweg sowie eine neue Elektronik inkl. Rubidium Oszillator. In der anderthalbjährigen Nutzung des FG5X wurden verschiedene Vergleiche, sowohl auf Basis der Frequenzen als auch absoluter Messungen durchgeführt. Daraus leitet sich zeitliche Stabilität des Gravimetermessungen ab, was auch eine Veränderung des Messniveaus aufgrund des Umbaus kontrolliert. Die lineare Drift des Rubidium Oszillators beträgt bisher 1.7x10 4 Hz/Monat, dies entspricht 0.33 nm/s 2 pro Monat. In internationalen Vergleichskampagnen konnte bisher kein veränderter Oset des umgerüsteten FG5X zum Gruppenmittel (Comparison Reference Value) nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu deuten jedoch lokale Vergleiche mit einzelnen FG5-Gravimetern auf ein um etwa 20 nm/s 2 höheres Messniveau hin.
14 2. Schwerefeld und Geoid Terrestrial Gravity Measurements with the mobile Atom Interferometer GAIN Christian Freier, M. Hauth, V. Schkolnik, A. Peters christian.freier@physik.hu-berlin.de Humboldt Universität zu Berlin (Berlin, Deutschland) The Gravimetric Atom Interferometer (GAIN) was designed and built specically to perform mobile absolute gravity measurements with the highest possible sensitivity and accuracy. It is based on interfering ensembles of laser cooled Rubidium 87 atoms in an atomic fountain conguration. We present the current state of the set-up and report on a recent gravity measurement at the Geodetic Observatory Wettzell. The obtained data set shows excellent agreement between GAIN and a super-conducting gravimeter present on site during a simultaneous measurement over 2 weeks. The achieved sensitivity is 10-8g/shot with no observable drift, demonstrating the potential of atom interferometry for terrestrial gravimetry. We further review the inuence of various systematics on the long-term stability and absolute accuracy of GAIN.
15 3D constrained inversion of airborne gravity gradient data using the ART method Zhourun Ye, Nico Sneeuw, Lintao Liu yezhourun329@hotmail.com Institute of Geodesy, University of Stuttgart (Stuttgart, Deutschland) Based on data from airborne gravity gradiometry in the Kauring test eld (near Perth, Western Australia), we investigate 3D density inversion using the ART method (Algebraic Reconstruction Technique) with additional constraints. In this study, the iterative algorithm of ART is used which can incorporate prior knowledge into the reconstruction process and which avoids the direct inversion of a large ill-posed matrix. Regarding the constraints, we rst apply a depth weight function that operates on the kernel matrix in order to avoid high sensitivity of the inversion result towards the near-surface layers. Secondly, we impose continuity of the density in horizontal and vertical directions.
16 2. Schwerefeld und Geoid Hochgenaue regionale Geoidbestimmung durch die Kombination von terrestrischen und Satellitendaten Christian Pock, Torsten Mayer-Gürr, Daniel Rieser, Norbert Kühtreiber christian.pock@tugraz.at TU-Graz (Graz, Österreich) Im aktuellen österreichischen Geoidforschungsprojekt Geoid für Österreich - Verbessertes regionales Schwerefeld, sollen die Beobachtungen von Satellitenschwerefeldmissionen und die Daten verfügbarer terrestrischer Messungen in Österreich und dessen Nachbarstaaten optimal miteinander kombiniert werden. Methodisch wird dabei auf die Remove-Compute-Restore Technik zurückgegrien, wobei die Geoidberechnung mittels Ausgleich nach kleinsten Quadraten erfolgt und die Schwerefeldgröÿen als Radiale Basisfunktionen parametrisiert werden. Die dabei verwendeten Schweremessungen entstammen verschiedenen Epochen (beginnend im Jahre 1952) und unterscheiden sich zusätzlich durch das verwendete Messystem. Diese a-priori Informationen können genutzt werden um die Schweremessungen in verschiedene Beobachtungsgruppen zusammenzufassen, wobei die optimale Gewichtung mittels Varianzkomponentenschätzung erfolgt. Eine weitere wichtige Rolle spielt das verwendete digitale Geländemodell (DGM). Vergleicht man die Stationshöhe einer Schweremessung und die DGM Höhe für denselben Punkt, so treten Dierenzen auf (Österreich: +/- 50 m). Dies führt zu einer veränderten topographischen Reduktion, hervorgerufen durch die fehlenden bzw. überschüssigen Massen. Die Auswirkungen solcher Höhendierenzen auf die Geoidlösung sind ebenfalls Bestandteil der Untersuchungen. Präsentiert werden die dabei erzielten Erkenntnisse, die relativen Änderungen im berechneten Geoid sowie eine absolute Validierung mittels unabhängigen GPS/Nivellementpunkten.
17 A two-step point mass method for regional gravity eld modeling: a case study over the Avergne test area, France Miao Lin, Heiner Denker, Jürgen Müller linmiao@ife.uni-hannover.de Institut für Erdmessung (IfE), Leibniz Universität Hannover (Hannover, Deutschland) In recent years, parameter estimation methods based on radial basis functions haven been frequently used for regional gravity eld modeling. As one of such methods, the point mass method is studied here. Contrary to the traditional point mass method in which the point masses are located on the nodes of one or more designed grids, we propose a two-step procedure instead. In this new method, the point masses are searched and optimized one by one by solving a series of nonlinear systems with a small number of unknown model parameters (i.e., magnitudes and depths). This is the rst step of the method, resulting in a number of point masses located beneath the observation points at dierent depths. In the second step, a readjustment of the magnitudes of the searched point masses is carried out, while keeping the positions derived in the rst step xed. In the case of ill-posedness of the linear system in the second step, the approach of variance component estimation (VCE) is employed for stabilizing the solution. Furthermore, VCE is also capable for combining dierent types of data sets. We present regional gravity eld models for the Avergne test area in France computed from a high-quality gravity data set using the proposed point mass method. The results are then assessed by a number of independent gravity anomaly measurements and of GPS/leveling data points. Furthermore, we present the combination of the gravity data and the GPS/leveling data by VCE. The results are compared to the ones computed by only the gravity data.
18 2. Schwerefeld und Geoid Terrestrial and lunar gravity eld recovery from ground-based tracking data Andrea Maier, Sandro Krauss, Oliver Baur andrea.maier@oeaw.ac.at Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (Graz, Österreich) Gravity eld recovery from ground-based measurements to satellites is intrinsically coupled with precise orbit determination. The quality of both the orbit and the derived gravity eld information depends on various aspects such as spatial coverage, observation precision, and parameterization. We conducted studies in order to nd the optimum parameterization for geodetic satellites (observed by optical satellite laser ranges) and the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO, tracked by optical laser ranges and Doppler range-rates). For the estimation of the very long wavelengths of the Earths gravity eld (up to spherical harmonic degree and order 4), laser ranges to six geodetic satellites were analyzed over a time span of 14 years (2000 to 2013). Our results underpin the superiority of satellite laser ranging to determine the Earths (time-variable) dynamic attening (C20 coecient) compared to GRACE. Concerning orbit determination of the LRO, extensive overlap analysis tests were performed to qualitatively assess the optimum parameterization. In addition, we externally validated our results with orbits published by NASA. Lunar gravity eld coecients were estimated over a time span of one year; the farside data gap makes regularization inevitable.
19 Strategies for Handling the Low-Frequency Noise of the GOCE SGG Data Hu Wu, Phillip Brieden, Jürgen Müller wuhu@ife.uni-hannover.de Institut für Erdmessung, Leibniz Universität Hannover (Hannover, Deutschland) In the recovery of a GOCE (Global gravity eld and steady-state Ocean Circulation Explorer) gravity eld model from the SGG (Satellite Gravity Gradiometry) data, it turned out that the treatment of the observation noise plays an important role. The noise of the gradients is approximately white within the MBW (Measurement Band Width) of 5 to 100 mhz, while it degrades signicantly towards low frequencies with 1/f frequency characteristics. The low-frequency noise does severely aect the gravity eld recovery so it has to be removed or down-weighted. A natural way to remove the low-frequency noise is applying a high-pass lter. But the drawback is that the noise and signal are ltered together. Another widelyused method is applying a stochastic model. The empirical covariance matrix is calculated from the power spectrum of the initial residuals and it is expected to down-weight the low-frequency noise. In our study, we attempt to reconstruct the observations by a remove-restore method. The idea is to replace the lowfrequency component of the observation by simulated accurate ones. The original observations are ltered to the MBW in the remove step and then the part below the MBW is restored by simulated signals. Through this remove-restore procedure, the low-frequency noise is separated from the signal and removed from the reconstructed observations. The results from these approaches will be presented and compared.
20 2. Schwerefeld und Geoid ITSG-Grace2014s: Combined Estimation of Earth's Static and Time Variable Gravity Field Andreas Kvas, Torsten Mayer-Gürr, Norbert Zehentner, Beate Klinger andreas.kvas@student.tugraz.at TU Graz (Graz, Österreich) The gravity eld and its temporal variations are key observables for understanding and monitoring the System Earth. The dedicated satellite mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) allows for the determination of temporal changes in the global gravity eld for the rst time. However, due to the GRACE mission conguration, the spatial coverage required for the calculation of these variations is only reached after a data accumulation period of one month. To avoid temporal aliasing eects in GRACE solutions, short-term variations in Earth's gravity eld have to be accounted for. A new approach for the treatment of short- daily) and long-term (secular, annual, semi-annual) temporal variations in the adjustment process will be presented. In our approach, daily solutions, long term variations, and the mean eld are estimated in a single least squares adjustment. We will demonstrate the application of the combined adjustment approach to 123 months of GRACE data, resulting in the ITSG-Grace2014s gravity eld.
21 Berechnung von hochauösenden globalen Schwerefeldmodellen unter Einbeziehung von GOCE-Daten am GFZ Potsdam und GRGS Toulouse Christoph Förste, Oleg Abrikosov (GFZ), Sean Bruinsma (GRGS), Jean-Michel Lemoine (GRGS), Jean-Charles Marty (GRGS), Christoph Dahle (GFZ), Frank Flechtner (GFZ), Hans Neumayer (GFZ), Franz Barthelmes (GFZ) und Richard Biancale (GRGS) foer@gfz-potsdam.de Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ (Potsdam, Deutschland) Globale hochauösende Schwerefeldmodelle spielen eine wichtige Rolle in der Geodäsie und anderen Geowissenschaften und können durch die Kombination von Satelliten- und terrestrischen Schweremessdaten berechnet werden. Das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und die Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale in Toulouse haben eine langjährige Zusammenhang auf dem Gebiet der globalen Schwerefeldbestimmung. In dieser Präsentation werden die jüngsten Arbeiten in diesem Forschungsfeld vorgestellt. Sie konzentrieren sich auf die Einbeziehung von Daten der europäischen Schwerefeldmission GOCE (Gravity eld and steady-state Ocean Circulation Explorer) und die daraus gewonnenen Konbinationsschwerefeldmodelle der Reihe EIGEN-6C (EIGEN = European Improved Gravity model of the Earth by New techniques). Das jüngst berechnete Modell EIGEN-6C4 besteht aus einer Kugelfunktionsentwicklung bis Grad und Ordnung 1949. Es enthält GRACE- und LAGEOS-Daten des Release 03 von GRGS und alle verfügbaren Gradiometer-Messdaten aus dem gesamten Zeitraum der GOCE-Mission. Diese Satellitendaten wurden mit den terrestrischen Schweredaten DTU12 des Danish National Space Institute kombiniert. Das neue Modell wird mit früheren EIGEN- und GOCE-Modellen sowie EGM2008 und GGM03 verglichen. Die vorgestellten Evaluierungsergebnisse zeigen Verbesserungen besonders im mittleren Wellenlängenbereich.
22 2. Schwerefeld und Geoid Towards the selection of optimal gravity satellite missions: Orbit conguration and technological conditions Siavash Iran-Pour, Jean-Claude Raimondo, Michael Murböck, Xinxing Wang, Tilo Reubelt, Ilias Daras, Thomas Gruber, Roland Pail, Nico Sneeuw siavash@gis.uni-stuttgart.de Geodätisches Institut - Universität Stuttgart (Stuttgart, Deutschland) The design of future satellite gravity mission beyond GRACE should focus on both higher precision and higher resolution in space and time. In the framework of a DLR-funded project (DLR NGGM-D), we aim to design future missions with 1) higher spatial resolution, 2) higher time resolution, 3) improved sensitivity, and 4) long mission duration. These goals then require 1) reduction of the current level of high frequency phenomena aliasing (esp. tides) into the gravity solutions, 2) elimination of systematic distortions, and 3) improvement of the separation ability of the observed geophysical signals, esp. by improving geophysical background modeling. To reach these goals, the role of improved sensor accuracy, e.g. by substitution of the GRACE microwave link by laser-based metrology, and the use of a drag-free system is important, although that does not necessarily lead to high quality improvement in gravity eld recovery if the problem of aliasing is not addressed. However, the technical challenges with the system performance, such as laser pointing, restrict the nal scenario design options. This research provides an overview of the geodetic requirements of future missions versus the technical challenges. The work reviews the search strategies towards the identication of optimal missions, and discusses the optimal orbits regarding temporal aliasing, in particular the eect of spherical harmonic resonance orders. We also discuss some of the most important technological conditions for orbit congurations.
23 Kurzzeitige Wasserspeichervariationen: Quantizierung des Aliasing-Eekts in monatlichen GRACE Lösungen Anne Springer, Jürgen Kusche, Jessica Keune, Stefan Kollet, Laurent Longuevergne springer@geod.uni-bonn.de Institut für Geodäsie und Geoinformation, Universität Bonn (Bonn, Deutschland) Zur Untersuchung von Aliasing-Eekten in monatlichen GRACE Lösungen soll ein räumlich und zeitlich hoch aufgelöstes hydrologisches Modell über Europa, das Community Land Model 3.5 (CLM3.5), ausgewertet werden. Zeitliches Aliasing, verursacht durch hochfrequente Massenvariationen, verzerrt monatlich gemittelte GRACE Daten und deren Interpretation. Standardmäÿig werden daher bei der Prozessierung der GRACE Beobachtungen numerische Modelle von Atmosphäre und Ozean sowie Gezeiteneekte berücksichtigt. Die Auswirkung von Wasserspeicheränderungen auf die GRACE Daten ist bisher mangels geeigneter globaler Modelle jedoch schwer zu bestimmen. In dieser Studie soll unter Verwendung des CLM3.5 die Auswirkung von kurzzeitigen (<30 Tage) Wasserspeichervariationen auf die Interpretation von GRACE Daten untersucht werden. Das Land-Oberächenmodell CLM3.5 simuliert hydrologische Prozesse an der Landoberäche und wird am Institut für Meteorologie der Universität Bonn im Rahmen der Simulationsplattform TerrSysMP (Terrestrial Systems Modelling Platform) betrieben. Das Modell kann an ein Atmosphärenmodell und ein Grundwassermodell gekoppelt werden, sodass der vollständige Wasserkreislauf massenkonsistent abgebildet wird. Wasserspeicherdaten des CLM3.5 über Europa stehen uns mit einer räumlichen Auösung von 12.5 km und einer zeitlichen Auösung von einer Stunde zur Verfügung. Zur Quantizierung des Aliasing-Eekts soll eine Closed-Loop Simulation durchgeführt werden. Aus den Wasserspeicherinformationen des CLM3.5 sollen zunächst Beobachtungen von GRACE im Orbit simuliert werden. Anschlieÿend werden aus den simulierten Beobachtungen und unter Berücksichtigung der Beobachtungsfehler monatliche Mittelwerte des Schwerefeldes berechnet. Der Vergleich mit dem Originalmodell liefert dann Aufschluss über den Aliasing- Eekt. Wir erhoen uns aus dieser Studie ein besseres Verständnis der Fehlerstruktur der GRACE Daten. Insbesondere soll auch die Bedeutung terrestrischer Wasserspeichervariationen für die GRACE Follow-On Mission analysiert werden.