Beobachtung von Naturgefahren mit geodätischen Verfahren

Leiter: Dr. Tilo Schöne

Das Fehlen von hochgenauen und schnell verfügbaren geodätischen Beobachtungen hat die rechtzeitige Warnung und die Bewältigung der Folgen des Tsunami 2004 in Indonesien und der schweren Erdbeben in Haiti oder Chile erschwert und verzögert. Ein Schwerpunkt der Forschungs­arbeiten der Sektion 1.2 liegt im Bereich der Meeresspiegel- und GNSS-Beobachtungen zur Erfassung langfristiger und schneller Änderungen im System Erde.

Die Sektion 1.2 betreibt ein Netzwerk von GNSS-kontrollierten Pegelstationen. Dieses Netz trägt in vielfältiger Form zu den existierenden Tsunami­früh­warn­systemen bei, wird aber auch für die Unter­suchung von langfristigen Meeresspiegeländerungen und der Überwachung von Satellitenmissionen genutzt. Die Systeme enthalten neben bis zu drei Pegelsonden auch meteorologische Sensoren und einen hochgenauen GNSS-Empfänger. Durch diese Kombination lassen sich geozentriDsche Meeres­spiegel­änderungen ableiten, die für die Erfassung des globalen Meeresspiegels unerlässlich sind. Mit diesen Pegelsystemen tragen wir u.a. zum internationalen TIGA-Projekt des IGS bei. Bei der Ein­bindung solcher Pegel in Frühwarnsysteme lässt sich durch das verbundenen GNSS eine Höhen­kontrolle im Erdbebenfall durchführen.

Aufbauend auf früheren Entwicklungen von GNSS-gestützten Bojen für die Kalibration von Radaraltimetermissionen, wurden Hochseebojen für Tsunamifrühwarnsysteme und Flussbojen für Flutüberwachungen entwickelt. Mit der heutigen Auswertetechnologie im GNSS-Bereich können die Bojen Wasserspiegeländerungen im Zentimeterbereich über Distanzen von bis zu 80sm bestimmen. Unsere Hochseebojen wurden erfolgreich im indonesischen Tsunami­früh­warnsystem eingesetzt.

Eine weitere Komponente der geodätischen Beobachtungstechniken im Bereich Natur­gefahren ist die Ableitung von Bodenbewegungen und schnellen, erdbebeninduzierten Verschiebungen der Erdoberfläche mit GNSS-Stationen. Das in der Sektion 1.2 entwickelte „Ground Tracking System“ ist Teil des indonesischen Tsunami­früh­warnsystems. Ausgehend von Echzeit-GNSS-Datenströmen oder solchen mit kurzer Latenzzeit, werden die individuellen Stationskoordinaten hochpräzise in Lage und Höhe abgeleitet und hinsichtlich möglicher Verschiebungen analysiert. Die Informationen zu möglichen koseismischen Verschiebungen liefern wichtige Informationen zur schnellen Beurteilung des Herdmechanismus eines Erdbebens und zur Bewertung seines tsunamigenen Potentials.

Ein weiteres unserer Forschungsgebiete ist der Aufbau und Betrieb eines hydro-meteorologischen Netzwerkes in Zentralasien und der Betrieb von Observatorien im Rahmen des GFZ Global Change Observatory Zentralasien. Aufbauend auf unserer Expertise in der Entwicklung von „remotely operated multi-parameter stations (ROMPS)” leistet das Netzwerk einen Beitrag zum internationalen Datenaustausch, der Erfassung von meteorologischen und hydrometerologischen Parameter und der Ableitung von geo­dynamischen Parametern. Darüber hinaus werden die Daten und Ergebnisse von uns zur Validierung von Satellitenbeobachtungen, z.B. des CryoSat-2 oder von GRACE, herangezogen.

Seit vielen Jahren steht die Erfassung von Änderungen des globalen und regionalen Meeresspiegels im Zentrum unserer Forschung. Der Mittelwert des globalen Anstiegs (in der geographischen Breite von ±66°) liegt bei ca. 3mm/Jahr, kann aber regional deutlich kleinere oder größere Werte annehmen. Dazu kommt, dass einige Regionen starken lokalen Änderungen der Erdoberfläche, z.B. durch Grundwasserentnahme oder Erdgasförderung, unterworfen sind, die dann lokal ein Vielfaches an „relativen“ Meeresspiegeländerungen hervorrufen. Um die globalen Änderungen zu erfassen werten wir die Messungen von verschiedenen abgeschlossenen und neuen Satellitenradar­altimeter­missionen aus, verbessern und harmonisieren diese Daten und untersuchen Phänomene des globalen und regionalen Meeressspiegels und seiner Variabilität. Unser Ziel ist es, die mit der Altimetrie beobachteten geometrischen Änderungen des Meeresspiegels mit Beobachtungen der Masseänderung des Ozeans, abgeleitet aus GRACE-Schwerefeldern, und den gemessenen sterischen Änderungen des Ozeans widerspruchsfrei zu verbinden.

In einem Beobachtungsprogramm zu Gefahren von lokalen Meeressspiegeländerungen betreiben wir zwei GNSS-kontrollierte Pegel in Indonesien (Semarang, Jakarta). Teile von Semarang sinken mit bis zu 10cm/Jahr, Teile von Jakarta mit immerhin noch 5cm/Jahr durch Grundwasserentnahme und Kompaktion des Untergrundes. Diese Arbeiten sind in das GGOS Thema 3 eingebunden.

Die Schwerpunkte der Projekte liegen

Unsere geodätische Monitoringinfrastruktur trägt zu Aktivitäten der IAG und GGOS bei und bildet unsere Grundlage zur Ableitung von langfristigen, kurzfristigen und schnellen Änderungen von verschiedenen Erdsystemparametern.

Literatur

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