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Projekt 2.02: Rezente Krustenbewegungen und Validierung von Klimaprojektionen zu Wasserstandsänderungen an den Küsten

Dr. Astrid Sudau, BfG,
Referat M5 - Geodäsie
Tel. +49 (0)261/1306-5287, sudau@bafg.de

Robert Weiss, BfG,
Referat M5 - Geodäsie

Ziele:

Im Rahmen des Projektes sollten Aussagen über langfristige Wasserstandsänderungen samt deren Unsicherheiten als eine Grundlage für die Modellierung von Klimaänderungen und darauf aufbauenden Anpassungsstrategien getroffen werden.

Ein Hauptziel dieses Projektes waren exakte und absolute Georeferenzierungen der Pegelnullpunkte (insbesondere deren Höhenlagen), um eine exakte und absolute Georeferenzierung der Wasserstände zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb der Aufzeichnungsdauer der Wasserstandssensoren zu ermöglichen. Die Georeferenzierung erfolgte in einem einheitlichen und global-kompatiblen Referenzsystem. Dadurch sollte eine zeitliche und örtliche Homogenität der Wasserstandsdaten erreicht werden, die eine (auch grenzüberschreitende) Vergleichbarkeit ermöglicht. Das Projekt baute auf den Ergebnissen der vorangegangenen KFKI-Projekte des BMBF „IKÜS“ (Aufbau eines integrierten Höhenüberwachungssystems in Küstenregionen durch Kombination höhenrelevanter Sensorik) und „PEGASUS“ (Entwicklung eines operationellen automatisierten Höhenüberwachungssystems für Pegel im Bereich der Deutschen Bucht) auf.

Durch die Einrichtung und integrierte Auswertung von GNSS-Beobachtungsstationen auf Pegeln wurde weiterhin eine Verknüpfungsmöglichkeit zwischen den klassischen Pegelmessungen und den satellitengestützten Beobachtungsverfahren, der sogenannten Satellitenaltimetrie, geschaffen. Das Beobachtungsverfahren der Satellitenaltimetrie liefert seit nahezu 20 Jahren flächenhafte Informationen über die aktuelle Form des Meeresspiegels und damit verbunden auch Aussagen zu langfristigen Meeresspiegeländerungen.


Ausgewählte Ergebnisse

  • Im Rahmen des Projektes wurden die wichtigsten Pegel der Nordsee und der Ästuare von Ems, Jade, Weser und Elbe in der Art aufbereitete, dass Staffelverschiebungen bzw. physikalische Änderungen der Pegelnullpunkte erfasst und kompensiert wurden. Bei etwa einem Drittel aller Pegel wurden im Laufe der Zeit Modifikationen des Pegelnullpunktes durchgeführt, deren Dimensionen üblicherweise im Zentimeterbereich lagen. Entsprechende Änderungen müssen bei Trendanalysen berücksichtigt werden.
  • Da Pegel immer Wasserstandsänderungen relativ zur näheren Umgebung bzw. zum Land erfassen, kommt der vertikalen Landbewegung eine Schlüsselrolle zu. Anthropogen oder tektonisch bedingte Vertikalbewegungen der Erdoberfläche und der damit verbundenen Pegelanlagen führen zu einer scheinbaren Wasserstandsänderung, die bei Meeresspiegelprojektionen zu berücksichtigen sind.
  • Mithilfe von GNSS-Systemen können diese erfasst werden, sofern ausreichend lange Beobachtungszeitreihen vorliegen und keine Modifikationen der GNSS-Stationen stattgefunden haben. Unter Nutzung weiterer Informationen ist es auch möglich, mithilfe von GNSS-Stationen Höhen im amtlichen Höhensystem der Landesvermessungsverwaltungen zu erzeugen.
  • Mithilfe von GNSS-Systemen ist es auch möglich, die Pegelnullpunkte in ein global-kompatibles Referenzsystem zu überführen, was eine entscheidende Grundlage für Vergleiche mit Beobachtungen der Satellitenaltimetrie ist. Analysen haben gezeigt, dass die Satellitenaltimetrie im Bereich der Deutschen Bucht den Pegeln vergleichbare Ergebnisse liefert, sofern auf Korrekturen der Ozeangezeiten und der Invers-Barometereffekte verzichtet wird. Die Satellitenaltimetrie ergänzt die Pegel in der Art, dass die zeitliche Auflösung mit einem Wert aller 10 Tage bzw. 35 Tage zwar sehr begrenzt ist, durch die Altimetrie aber entlang der Überflugwege und damit in Summe flächenhaft Meeresspiegelhöhen erfasst werden. Aufgrund der Orbitkonstellation ergeben sich im Bereich der Nordsee unterschiedliche Überflugwege, wobei jeden Tag mindestens ein Profil vermessen wird.
  • Die Satellitenaltimetrie liefert wie nahezu alle satellitengestützten Verfahren rein geometrisch definierte Höhenangaben. Die Differenzen zu physikalischen bzw. schwerebezogenen Höhen liegen im zweistelligen Meterbereich und müssen korrigiert werden. Bei der Korrektur ist zu beachten, dass auch physikalische Höhen unterschiedlich definiert sind und insbesondere durch die unterschiedliche Berücksichtigung permanent auftretender Gezeiteneffekte breitenabhängige Differenzen auftreten können. Diese können im Küstenbereich vernachlässigt werden, jedoch treten entlang des Rheins Abweichungen von mehreren Zentimetern auf.

Weitere Informationen und Ergebnisse zu der Validierung von Wasserstandsänderungen hinsichtlich anthropogener und tektonischer Einflüsse zur Verbesserung von Klimaprojektionen im Küstenbereich finden Sie im Schlussbericht des KLIWAS-Projektes 2.02:

WEIß, R., SUDAU, A. (2014): Validierung von Wasserstandsänderungen hinsichtlich anthropogener und tektonischer Einflüsse zur Verbesserung von Klimaprojektionen im Küstenbereich. Schlussbericht KLIWAS-Projekt 2.02. KLIWAS-32/2014. BfG, Koblenz. DOI: 10.5675/Kliwas_32/2014_2.02 URL: http://dx.doi.org/10.5675/Kliwas_32/2014_2.02


Publikationen

Nilson, E, Sudau, A., Weiß, R, u.a. (2009): Referenzdaten und Modellierung in der Klimaforschung (Forschungsprogramm KLIWAS), Intergeo 2009, Karlsruhe

Sudau, A., Weiß, R (2010): Der Einfluss vertikaler Landbewegungen auf langwellige Wasserstandsänderungen, 40. IWASA, Internationales Wasserbau-Symposium Aachen, 08. Januar 2010

Sudau, A., Weiß, R (2010): Der Einfluss vertikaler Landbewegungen auf langwellige Wasserstandsänderungen, 1. Treffen der Wissenschaftler der FINO-3, Kiel, 24. Februar 2010

Sudau, A., Weiß, R (2010): GNSS@tidegauge, 3. Sitzung der projektbegleitenden KFKI-Gruppe AMSeL, Bremen, 10. Februar 2010

Sudau, A., Weiß, R (2009): GNSS at tide gauge – A new network in the German Bight, GLOSS - Workshop on Precision Observations of Vertical Land Motion at Tide Gauges, Paris, 11-13. Mai 2009

Sudau, A., Weiß, R (2009): Beobachtung von Höhenänderungen auf Pegeln im Bereich der Deutschen Bucht, Allsat Open, Neues Rathaus Hannover, 18. Juni 2009

Sudau, A., Weiß, R (2009): GNSS-gestützte Pegelüber-wachung in der Deutschen Bucht, Poster, Intergeo 2009, Karlsruhe

Sudau, A., Weiß, R (2009): Tide Gauges and the Mean Sea Level - Geodetic Aspects of Tide gauge Data, Intergeo 2009, Karlsruhe

Sudau, A., Weiß, R (2009): GNSS at tide gauge – A new network in the German Bightk, GLOSS - - Workshop on Precision Observations of Vertical Land Motion at Tide Gauges, Paris,11-13. Mai 2009

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