Gravity Recovery and Climate Experiment – GRACE

Die deutsch-amerikanische Satellitenmissionen GRACE und GRACE-FO liefern uns seit 2002 Daten, aus denen wir hochauflösende Modelle des Erdschwerefelds berechnen. Auf diese Weise lassen sich Massenveränderungen auf monatlicher Basis erfassen, etwa das Schmelzen der kontinentalen Eismassen in der Arktis und Antarktis, Veränderungen im globalen Wasserkreislauf oder die Anteile des Schmelzwassers am Meeresspiegelanstieg.

Auch die Dürrejahre in Europa und sogar das katastrophale Hochwasser im Ahrtal und angrenzenden Regionen zeichnen sich deutlich in den Schwerefeldkarten ab. Jetzt planen wir die dritte Generation der erfolgreichen Satelliten-Tandems, um die weltweit einzigartige Datenreihe nicht abreißen zu lassen.

Im jüngsten Bericht des zwischenstaatlichen Expertengremiums für den Klimawandel IPCC (IPCC Assessment Report 6 WG-1) gehören GRACE/GRACE-FO zu den drei meistgenannten Satellitenmissionen. Die deutsche Raumfahrt und die Wissenschaftsgemeinde, die die Schwerefelddaten produzieren und nutzen, haben dadurch erheblich Sichtbarkeit gewonnen.

Mehr zur Mission GRACE (2002 bis 2017)
Mehr zur Mission GRACE-Follow-On (seit 2018)

Die GRACE-Satelliten liefern wichtige Hinweise auf Auswirkungen des Klimawandels durch die kontinuierliche, monatliche Messung der Veränderungen des Erdschwerefeldes. Zwei baugleiche Satelliten umkreisen die Erde in etwa 490 km Höhe auf einer Umlaufbahn, die sie über die Pole führt. Abhängig von der Masse, die sie gerade überfliegen, ändert sich ihr Abstand zueinander.

Mithilfe von Mikrowellen ermitteln die Satelliten diesen Abstand kontinuierlich und ultrapräzise: Sie messen mit der Genauigkeit eines Zehntels einer Haaresbreite über einen Abstand von rund 220 Kilometern. Auf GRACE-FO ermöglicht ein maßgeblich in Hannover entwickeltes Messinstrument für zukünftige Schwerefeldmissionen sogar, diesen Abstand mit Hilfe von Lasersignalen noch einmal etwa dreißigmal präziser zu messen.

Mehr zur Messmethode im Video:  Anschauen | 4:10 min
Quelle: Filmhaus Berlin / GFZ

Über den Westen Deutschlands und angrenzender Staaten zog im Juli 2021 ein Starkregengebiet und verursachte eine Hochwasserkatastrophe. Betroffen waren vor allem Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz und die Nachbarländer Holland und Belgien. Die drei Karten zeigen anhand von GRACE-FO-Daten die Abweichungen des kompletten Wasserspeichers in den Monaten Juni, Juli und August 2021. Zu sehen ist, dass im Juni der Boden zu trocken ist, im Juli ist der Boden durch den Starkregen übersättigt. Aber schon im August nahm die Bodenfeuchte wieder drastisch ab. Diese Daten von GRACE-FO unterstreichen, dass bei Starkregenereignissen viel Wasser oberflächlich abläuft und kaum Wasser im Boden gespeichert wird.

Seit 2018 sind die meisten Sommer in Europa viel zu trocken. Das führt zu teilweise dramatischen Grundwasserdefiziten. Die Karten zeigen die Regionen, wo jeweils im Mai der letzten drei Jahre der gesamte Wasserspeicher (Terrestrial Water Storage; TWS) ein Defizit aufwies. Drastisch ist die Situation in der Ukraine, aber auch weite Teile Deutschlands sind seit Jahren von Dürre und Wassermangel betroffen. TWS ist ein so genannter essenzieller Klima-Parameter des Global Climate Observing Systems und nur die GRACE-Missionen sind in der Lage, diesen Wert global zu ermitteln.