Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Wolfgang Bosch Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (DGFI) München, 20.07.2011

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Wolfgang Bosch Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (DGFI) München, 20.07.2011"—  Präsentation transkript:

1 Wolfgang Bosch Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (DGFI) München, 20.07.2011 E-mail: bosch@dgfi.badw.de

2 AGeoBW 20.Juli 2011 2 Warum braucht man überhaupt das Schwerefeld? Warum bildet sich ein Schwerefeld aus? Darstellungsformen des Erdschwerefeldes Das Potenzial – noch nicht direkt messbar Wie bestimmt man das Schwerefeld? Aktuelle Schwerefeldmodelle Das Geoid als globale Höhenbezugsfläche Inversion des Schwerefeldes

3 AGeoBW 20.Juli 2011 3

4 4 Geodätische Messungen nehmen Bezug auf den örtlichen Horizont (senkrecht zur Lotrichtung)

5 Für grossräumige (globale) Messungen müssen die Lotrichtungen (oder das Schwerefeld) bekannt sein! AGeoBW 20.Juli 2011 5 Globale Höhenbezugsfläche ist das Geoid, d.h. eine Fläche die überall senkrecht zur Lotrichtung steht und die sich dem Meerespiegel bestmöglich anpasst.

6 In guter Näherung richten sich die Wassermassen der Ozeane ebenfalls senkrecht zur Lotrichtung aus (ein Gleichgewicht mit der Schwerkraft) Nationale Höhen-Nullpunkte wurden deshalb durch langjährige Mittelwerte von Pegelreihen festgelegt AGeoBW 20.Juli 2011 6

7 7 ein Abbild der unregelmäßigen Massenverteilungen der Erde

8 ABER: Heute messen wir genauer und wissen: Meeresströmungen (verursacht durch Winddruck und Dichteunterschiede) bewirken, dass der Meeresspiegel vom Geoid abweicht Die Differenzen zwischen Meeresoberfläche und Geoid nennt man Meerestopographie. Sie beträgt ca. ± 1-2 m AGeoBW 20.Juli 2011 8

9 9

10 10

11 AGeoBW 20.Juli 2011 11 Vereinheitlichung der Höhensysteme ist eine Herausforderung für Wissenschaft und Praxis (IAG Gremien, GOCE Missionsziel)

12 Der Meeresspiegel eignet sich nicht (mehr) als Höhenbezugsfläche Die Vereinheitlichung von Höhensystemen ist eine dringende Aufgabe der Wissenschaft (IAG Gremien) Nur mit Kenntnis des Schwerefeldes kann das Geoid als globale einheitliche Höhenbezugsfläche bestimmt werden Physikalische Höhen sind auf das Geoid bezogen. Nur sie geben Auskunft darüber wohin das Wasser fließt Höhenübertragung mit GNSS (GPS, Galileo) ist nur möglich, wenn ein sehr genaues Geoid bekannt ist AGeoBW 20.Juli 2011 12

13 AGeoBW 20.Juli 2011 13

14 Gravitationsgesetz von Isaac Newton (1642 – 1727): Die Gravitationskräfte g kann man durch eine (skalare) Potenzial-Funktion W beschreiben Die Schwerkraft ist die Summe aus Gravitationskraft und Fliehkraft AGeoBW 20.Juli 2011 14

15 … beschreiben das Gravitationspotenzial der Erde im Außenraum AGeoBW 20.Juli 2011 15

16 Um Strukturen von ca. 110 km aufzulösen, braucht man eine Kugelfunktionsreihe bis Grad L max = 180 mit 32716 Koeffizienten. Allgemein: AGeoBW 20.Juli 2011 16 Räumliche Auflösung [km/ °] Grad L max Zahl der C lm, S lm Koeffizienten Speicherbedarf [Mbyte] 275 km / 2.5°7253290.040 110 km / 1°18032761 0.250 55 km / 303601303210.994 9.2 km / 52160466992135.629 1.8 km / 110800116661601890.057

17 Wechsel eines Koeffizienten verändert das Gravitationsfeld überall. Um das Gravitationsfeld in einem Punkt zu ändern müssen alle Koeffizienten verändert werden. Bestimmung hoch aufgelöste, regionaler Gravitationsfelder besser durch: Basisfunktionen mit lokalem Träger Vortrag von Dr. M. Schmidt AGeoBW 20.Juli 2011 17

18 AGeoBW 20.Juli 2011 18

19 Meridionale Streifenmuster AGeoBW 20.Juli 2011 19

20 Entwickelt in Kugelfunktionen bis L max = 2160 (2190) 5 bzw. 9.2 km räuml. Auflösung Kombiniert GRACE mit terrestrischen Schweredaten Zusammenstellung der 5x5 Schwereanomalien Δg: AGeoBW 20.Juli 2011 20

21 Kugelfunktionsreihen sind zwar für das Erdschwerefeld die ökonomischste aller Darstellungsformen Der globale Charakter der Funktionen legt aber dringend andere Basisfunktionen für kleinräumige Berechnungen nahe Die existierenden Schwerefeld-Modelle sind durch CHAMP, GRACE und GOCE jeweils erheblich verbessert worden Die GOCE-Schwerefeldmodelle bieten heute die beste Grundlage für regionale Geoidbestimmung AGeoBW 20.Juli 2011 21

22 Terrestrisch Fluggravimetrie Über die Bahnstörungen von Satelliten mit speziellen Sensoren aus dem bzw. im Weltraum – Satellitenaltimetrie (TOPEX, Jason, ERS, ENVISAT, …) – Akzellerometer (CHAMP) – Mikrowellendistanzmessung (GRACE) – Gradiometer (GOCE) In Zukunft: mit Atomuhren AGeoBW 20.Juli 2011 22

23 Gravimetrie (relativ oder absolut) Astrogeodätisch (Lotabweichung), z.B. mit CCD Zenitkameras Problem: Relativ teuer, hoher logistischer Aufwand, wenig ökonomisch AGeoBW 20.Juli 2011 23 © ife Hannover © BKG Frankfurt

24 AGeoBW 20.Juli 2011 24 © KEG(BAdW), München

25 Radar- oder Laser-Höhenmessung aus dem Weltraum Vorzugsweise über Ozean Zahlreiche Missionen auf verschiedenen Bahnen AGeoBW 20.Juli 2011 25

26 AGeoBW 20.Juli 2011 26 Neigungen und Krümmung an der Meeresoberfläche Radar- oder Laser-Höhenmessung aus dem Weltraum Vorzugsweise über Ozean Zahlreiche Missionen auf verschiedenen Bahnen

27 AGeoBW 20.Juli 2011 27 Flugbahn: – fast polar (i=87°) – nahezu kreisförmig – abstürzend 450 – 300 km Bahnbestimmung: – GPS (satellite-to-satellite high-low) – Laser Distanzmessung – Accelerometer Zielsetzung: – Gravitationsfeld – Magnetfeld – Atmosphärensondierung Betrieb: 07/2000 – 09/2010

28 Nicht-gravitative Störkräfte werden durch Beschleunigung des Satelliten kompensiert AGeoBW 20.Juli 2011 28

29 AGeoBW 20.Juli 2011 29 Zielsetzung: ̶ zeitliche Änderungen der Gravitation ̶ Sondierung der Atmosphäre Betrieb: 03/2002 – heute Flugbahn: ̶ polar (i=89°) ̶ nahezu kreisförmig ̶ abstürzend 500 – 300 km Bahnbestimmung: ̶ GPS (satellite-to-satellite high-low) ̶ Laser Distanzmessung Gravitationssensoren: ̶ Akzellerometer ̶ K-Band-Link (satellite-to-satellite low-low)

30 AGeoBW 20.Juli 2011 30

31 AGeoBW 20.Juli 2011 31 Zielsetzung: 1cm-Geoid für 100 km Wellenlänge Globales Höhensystem Meereszirkulationen Betrieb: 03/2009 – heute Flugbahn: ̶ Höhe 250 km mit Bahnneigung = 96,5° Bahnbestimmung: ̶ GPS (satellite-to-satellite high-low) Gravitationssensor: ̶ dreiachsiges Gradiometer

32 Pre-CHAMP GRACE (110 Tage) CHAMP (33 Monate) AGeoBW 20.Juli 2011 32

33 Einsteins Relativitätstheorie: Der Gang von Uhren hängt vom Potenzialniveau ab Änderung des Potentialniveaus verursacht Frequenzverschiebung bei Atomuhren ACES (ESA-Projekt auf der ISS, ~ 2015) Atomuhren und Zeitübertragung mit 10 -17 Genauigkeit Zeitvergleich zwischen Bodenstationen bei gleichzeitiger Sicht der ISS Potenzialdifferenzen von ~ 1m 2 /s 2 entspricht ca 0.1 m Höhenunterschied AGeoBW 20.Juli 2011 33

34 Die regionale Geoidbestimmung sollte alle verfügbaren Datenquellen nutzen Dadurch werden Verteilung und Genauigkeit der Messungen bestmöglich eingesetzt Die Messungen sollten möglichst ohne Reduktion in den Punkten berücksichtigt werden, wo sie erfasst wurden. AGeoBW 20.Juli 2011 34

35 AGeoBW 20.Juli 2011 35

36 AGeoBW 20.Juli 2011 36

37 AGeoBW 20.Juli 2011 37 ein Abbild der unregelmäßigen Massenverteilungen der Erde

38 AGeoBW 20.Juli 2011 38

39 … bildet sich in den langwelligen Strukturen des Geoids ab. AGeoBW 20.Juli 2011 39 Lithgow-Bertelloni & Richards, 1998 in Rev. of Geophysics

40 … bildet sich in den kurzwelligen Strukturen des Geoids ab. AGeoBW 20.Juli 2011 40

41 AGeoBW 20.Juli 2011 41

42 Nur mit Zusatzinformation lässt sich aus dem Schwerefeld im Außenraum auf die Massenverteilung im Erdinnern schließen AGeoBW 20.Juli 2011 42

43 Das Geoid ist wichtig als einheitliche Höhenbezugsfläche und liefert die Grundlage für physikalische Höhen. Die regionale Geoidbestimmung muss alle verfügbaren Messungen nutzen. Globalen Schwerefeldmodelle, die aus GRACE und GOCE gewonnen werden, sichern als Referenzmodelle die Korrektheit der langwelligen Geoidstrukturen. Hohe und höchste Auflösung regionaler Geoidbestimmungen kann nicht mit Kugelfunktionsreihen, sondern nur mit speziellen Basisfunktionen erfolgen. AGeoBW 20.Juli 2011 43

44 AGeoBW 20.Juli 2011 44


Herunterladen ppt "Wolfgang Bosch Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut (DGFI) München, 20.07.2011"

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen