Präzise Bahnbestimmung für Altimetriemissionen

Die Satelliten-Radaraltimetrie ist eine der wichtigsten Techniken um globale Meeresspiegelschwankungen aus der Beobachtung von Meeresspiegelhöhen auf verschiedenen Zeitskalen abzuleiten. Dazu, aber auch zur Berechnung eines mittleren Meeresspiegels sowie zur gegenseitigen Kalibration verschiedener Altimetriemissionen benötigt man insbesondere die präzisen Bahnen der Altimetriesatelliten. Die wichtigsten Altimetriemissionen der Vergangenheit beinhalten GEOSAT (1985-1990), ERS-1 (1991-2000), TOPEX/Poseidon (1992-2005), ERS-2 (1995-2011), GFO (1998-2008), und Envisat (2002-2012), sowie aktuell Jason-1 (seit 2001), Jason-2 (seit 2008), CryoSat-2 (seit 2010), HY-2A (seit 2011), und Saral (since 2013).

In der Vergangenheit wurden diese Satellitenbahnen an verschiedenen Instituten mit jeweils unterschiedlichen Korrekturmodellen, Prozessierungsstandards und Referenzsystemen berechnet. Um eine Konsistenz der Ergebnisse über längere Zeiträume zu erreichen bzw. systematische Fehler zu vermeiden (und damit zuverlässigere Aussagen zu Meeresspiegelschwankungen zu erhalten), ist die Vereinheitlichung der verwendeten Modelle und Standards sehr wichtig. Am GFZ wurden daher in den letzten Jahren mit Hilfe der "Earth Parameter and Orbit System – Orbit Computation” (EPOS-OC) Software die Bahnen verschiedener Altimetriesatelliten mehrfach konsistent reprozessiert. So wurden bereits 1995 ERS-1 und ERS-2 für die Europäische Weltraumbehörde (ESA) mit sogenannten ERS-Standards im „PGM055“ Referenzrahmen neu prozessiert und danach noch mehrere Male in den SEAVAR- (2005-2008), REAPER- (2009-2010) und SLCCI- (2010-2013) Projekten. In den letzten Jahren kamen Verbesserungen der Genauigkeit dazu. Als Ergebnis der  ERS-, REAPER- und SEAVAR-Standards wurde beispielsweise die „root-mean-square- (RMS-)“ Anpassung der Satellite-Laser-Ranging- (SLR-) Beobachtungen an den ERS-1-Orbit für den Zeitraum 1991 bis 1996 kontinuierlich verbessert. Der RMS beträgt 7.4 cm bei Verwendung der ERS Standards (1995, Bild links) und nur noch 2.6 cm bei Verwendung der REAPER- bzw. 2.2 cm bei Nutzung der SLCCI-Standards. Die Verbesserungen für den Zeitraum 1995 bis 2003 sind für ERS-2 sogar noch deutlicher (Bild rechts):  8.8 cm (ERS Standards, 1995) auf 1.8 cm (REAPER und SLCCI Standards).

Wer sich für weitere Hintergründe zu den genannten Projekten und weitere Pläne der Reprozessierung interessiert, ist an dieser Stelle auf die englischen Seiten verwiesen.