Bewertung von GNSS Schnee- und Eisreflektionen mittels in-situ Daten

ASIRIS

Eine GNSS-Station inkl. Reflektometrieempfänger wurde am Kongsfjord (Spitzbergen) installiert, 78°54’14’’N, 11°52’37’’O, 512m über WGS-84. Diese Permanentstation wird vom GFZ in Zusammenarbeit mit dem NPI (Norwegisches Polarinstitut) auf dessen Außenposten am Zeppelinberg betrieben. Sie sammelt Beobachtungen des Fjords und angrenzender Landflächen. Ziel der Messungen ist es sowohl Veränderungen des Fjords (v.a. des Meereises) und Veränderungen der Landoberfläche (v.a.des Permafrost) aus GNSS-R Beobachtungen abzuleiten.

Der Aufbau umfasst einen GORS (GNSS Okkultation Reflektometrie Scatterometrie) vierfrontend-Empfänger auf Grundlage eines kommerziellen JAVAD Geräts. Der Empfänger ist verbunden mit einer nach oben schauenden Antenne und zwei weiteren, die zum Horizont gekippt sind. Die gekippten Antennen haben entsprechend rechtshändige und linkshändige Polarisation. Der Aufbau befindet sich etwa 476m über dem mittleren Meeresspiegel mit einem weitreichenden Blick über den Kongsfjord, siehe Abb. 1.

Reflektionen werden bei kleinen Elevationswinkeln des Senders (zwischen 10° und 2°) beobachtet, sowohl über dem Fjord als auch über den angrenzenden Landflächen. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde das Signal-zu-Rausch Verhältnisses (SNR) für mehr als 50 täglich wiederkehrenden Reflektionsereignisse untersucht. Deutliche Unterschiede in Reflektionssignaturen ergeben sich durch die Oberflächenform (Fjord oder Land)[1]. Eine Schwierigkeit für die Langzeitüberwachung ergibt sich aus der Reichweite der Beobachtungen und der Trift der GNSS Satellitenorbits. Obwohl wiederkehrend verschieben sich die Reflektionpunkte mit der Zeit, > 100 m bei Reichweiten von 10 km.

Ein der Topographie angepasstes Reflektionsmodell, welches geneigte Facetten der Oberfläche berücksichtigt, wurde entwickelt und vorgestellt [2]. Es beinhaltet ein digitales Geländemodell bereitgestellt durch das NPI. Die differentielle Dopplerverschiebung (reflektiertes  zu direktem Signal) wird für jede reflektierende Facette berechnet, siehe Abb. 2.

Ergebnisse des Reflektionsmodells mit dazugehörigem Doppler sind für ein Beispielereignis in Abb. 2 gezeigt. Das Modell eignet sich beobachtete Signaturen, aufgetragen über Doppler und Elevationen (Doppler Elevation Map), zu referenzieren [3].

Publikationen

[1] Semmling, M.; Peraza, L.; Falck, C.; Gerland, S. & Wickert, J.: Doppler shift estimation for GNSS reflectometry using a land topography adapted reflection model. Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly, 2016, Vol. 18, EGU2016-17139

[2] Peraza, L.: Signal Power Analysis of GNSS Reflections recorded at Kongsfjorden, Spitsbergen. Technical University Berlin, 2016

[3] Peraza, L.; Semmling, M.; Wickert, J.; Pavlova, O.; Gerland, S.; Falck, C.: Analysis of grazing GNSS reflections observed at the Zeppelin mountain station, Spitsbergen. Radio Science, 2017

Kontakt

Jens Wickert
Wissenschaftler
Prof. Dr. Jens Wickert
Geodätische Weltraumverfahren
Telegrafenberg
Gebäude A 17, Raum 20.03
14473 Potsdam
+49 331 288-1758
Zum Profil
Wissenschaftler
Dr.-Ing. Carsten Falck
Globales Geomoni­toring und Schwerefeld
Telegrafenberg
Gebäude A 17, Raum 00.22
14473 Potsdam
+49 331 288-1736
Zum Profil