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Erfassung und Beschreibung des Meeresspiegels und seiner Veränderungen im Bereich der Deutschen Bucht

Weiß, Robert:
Erfassung und Beschreibung des Meeresspiegels und seiner Veränderungen im Bereich der Deutschen Bucht.
Schriftenreihe der Fachrichtung Geodäsie (40). Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften , Darmstadt . ISBN 978-3-935631-29-7
[Book], (2013)

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Item Type: Book
Title: Erfassung und Beschreibung des Meeresspiegels und seiner Veränderungen im Bereich der Deutschen Bucht
Language: German
Abstract:

Für eine Vielzahl wissenschaftlicher und administrativer Anwendungen sind Informationen über die Erdoberfläche, vertikale Landbewegungen und langfristige Meeresspiegeländerungen entscheidend. Insbesondere langfristige Änderungen des Meeresspiegels werden von vielen wissenschaftlichen Einrichtungen als Indikator für Klimaänderungen angesehen, wobei belastbare Aussagen qualitativ hochwertige Beobachtungszeitreihen voraussetzen. Neben den eigentlichen Beobachtungen sind insbesondere geodätische Grundlagen von entscheidender Bedeutung. Die Nutzung geodätischer Referenzsysteme erlaubt die Darstellung von Beobachtungen verschiedener Sensoren in einem einheitlichen Referenzsystem, wodurch eine Kombination ermöglicht wird. Darüber hinaus sind zur Ableitung langfristiger Änderungen Beobachtungszeitreihen nötig, welche nicht durch systematische Effekte beeinflusst werden. Dies erfordert eine Analyse sensorspezifischer systematischer Einflüsse und geodätischer bzw. durch die Geodäsie erfassbarer Systematiken. Andernfalls werden scheinbare Änderungen als reale Meeresspiegeländerungen fehlinterpretiert bzw. reale hydrologische Änderungen nicht erkannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Aspekte zur Erfassung der Meeresoberfläche und langfristiger Meeresspiegelvariationen beleuchtet. Dies beinhaltet neben geodätischen Grundlagen auch Grundlagen zu langfristigen Meeresspiegeländerungen. Viele Untersuchungen und Veröffentlichungen basieren auf Pegelbeobachtungen. Die Pegel dienen in erster Linie der Sicherstellung der Leichtigkeit und Sicherheit der Schifffahrt. Als Konsequenz weisen die Pegelbeobachtungen nicht das Maß an Homogenität auf, welches zur Ableitung langfristiger Meeresspiegeländerungen erforderlich ist. Die notwenige Homogenisierung bedingt eine Analyse der geometrischen Beziehung zwischen Pegelfest- und Pegelnullpunkt, sowie Analysen vertikaler Landbewegungen bzw. scheinbarer Höhenänderungen aufgrund von Systemänderungen amtlicher Höhenreferenzsysteme. Um eine Trennung vertikaler Landbewegungen und langfristiger Meeresspiegeländerungen zu ermöglichen, sind ausgewählte Pegel mit kontinuierlich arbeitenden GNSS-Empfängern ausgestattet. Damit verbunden ist die Referenzierung der Pegelnullpunkte sowohl im Höhenreferenzsystem der Landesvermessung als auch in einem globalen Höhenreferenzsystem. Letzteres ist Voraussetzung für grenzüberschreitende Auswertungen und damit für die Einbindung anderer Satellitenbeobachtungen und ein Monitoring langfristiger Meeresspiegeländerungen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit sind Vergleiche zwischen Beobachtungen der Satellitenaltimetrie und Pegelbeobachtungen im ITRF2005. In unmittelbarer Nähe der Pegel ergeben sich sehr gute Übereinstimmungen, sofern sich die Auswertungen auf die Nutzung instantaner Beobachtungen beschränken. Aufgrund der Eigenschaften der Deutschen Bucht sind die bisher genutzten Korrektionsmodelle für meteorologische Effekte und Ozeangezeiten nicht in der Lage, reale hochfrequente Meeresspiegelvariationen in Küstennähe hinreichend genau zu modellieren und entsprechende Anteile aus den Altimeterbeobachtungen zu eliminieren. Kombinationen punktuell und kontinuierlich registrierender Pegel mit linienhaften Beobachtungen der Satellitenaltimetrie ermöglichen die geometrische Beschreibung des Meeresspiegels und dessen langfristige Änderungen. Insbesondere die Nutzung verbesserter Re-Trackigalgorithmen und hochfrequenter Beobachtungen erlaubt auch eine Nutzung der Satellitenaltimetrie in Küstennähe. Räumliche Lücken zwischen Altimeterbeobachtungen auf offener See und Beobachtungen der Küstenpegel können somit verkleinert werden, wodurch eine bessere Beschreibung des Meeresspiegels und dessen Änderungen ermöglicht wird.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Knowledge about the surface of the Earth, about vertical movements of the Earth’s crust, and about long-term variations of the sea level is essential for many scientific purposes as well as administrative and engineering applications. The variation of the mean sea level is considered by many scientific institutions to be an indication of global climate change. However, reliable values of long-term sea-level variations can be derived only if high-quality observation data are available. Moreover, besides observations and measurements by sensors, the application of geodetic scientific principles and systems is of crucial importance. The use of geodetic reference frames allows to present the observations of different sensors in uniform regional or even global reference systems and thus combines the different types of information gained by a variety of sensors. In addition, time series of observation data are required that are not affected by systematic effects, so that systematic influences of sensors and systematic geodetic deviations have to be analyzed and compensated. If such systematic impacts remain unnoticed or are ignored, they may be misinterpreted as long-term sea-level variations, while real changes due to hydrological or climate-related causes remain unidentified. This thesis highlights several aspects of sea-surface measurements and the derivation of long-term sea-level variations. These include the underlying geodetic fundamentals and the scientific principles that govern sea level variations. Many studies and publications about long-term sea-level variations rely on observations of sea-level gauges in tidal waters. However, because the main purpose of these tidal gauges is the safety and ease of navigation, their observations do not have the degree of homogeneity that is needed to derive long-term sea-level variations. To achieve such homogeneity of data, it is essential to analyse the geometric relations between the level of the gauge fixture on the ground, the gauge zero point, and the actual vertical land movements or apparent changes in height that are due to modifications in official height reference systems. In order to distinguish vertical land movements from long-term variations of the mean sea-level, selected tidal gauging stations have been equipped with permanently working GNSS systems that make continuous height monitoring possible. This action was combined with the referencing of the absolute gauge-zero points, both to the height-reference system of the national land-survey network and to a global height-reference system. The latter is crucial for transboundary analyses, for the integration of other satellite-based sea-level observations, and the monitoring of the sea-level rise. Another focus of this thesis is on comparisons between tidal-gauge readings and satellite altimetry observations regarding the ITRF2005 data in the German Bight. In the vicinity of the gauges, the results of satellite altimetry are in good agreement with the local gauge readings, provided only instantaneous observations are used in the data processing. It was found that due to certain specific features of the German Bight, the conventional models used to correct meteorological and oceanic tidal effects are neither able to model the actual high-frequency sea-level variations in sufficient accuracy nor to identify and eliminate unsuitable data from the altimetric observations, especially in areas near the coastline. The combination of point-wise but continuous records of tidal gauges with line-by-line satellitealtimetry observations provides the option of a geometric description of the sea surface and its long-term variations. In particular, the use of improved retracking algorithms and high-frequency observations allows to use satellite altimetry also in coastal areas. Evaluations in this study show a very good agreement between tidal-gauge readings and satellite-altimetry observations in coastal areas. Spatial gaps between the satellite observations over the open sea and the coastal gauge data can be reduced, resulting in a better description of the marine system of the North Sea. English
Series Name: Schriftenreihe der Fachrichtung Geodäsie
Number: 40
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Uncontrolled Keywords: Pegel, Pegelnullpunkt, Pegelfestpunkte, GNSS, GNSS@tidegauge, Deutsche Bucht, Nordsee, Höhenmonitoring, Vertikalbewegungen, Meeresspiegelanstieg, Pegelvorschrift, IGS, EUREF, KLIWAS, IKÜS, PEGASUS
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Tide gauge, benchmark, gauge datum, GNSS, GNSS@tidegauge, German Bight, height monitoring, vertical movements, sealevel rise, German gauging manual, IGS, EUREF, KLIWAS, IKUES, PEGASUSEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institute of Geodesy > Physical and Satellite Geodesy
Date Deposited: 19 Nov 2013 10:10
Last Modified: 20 Jul 2016 09:48
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-36618
Additional Information:

[Darmstadt, TU, Diss. 2013]

Additional Information:

[Darmstadt, TU, Diss. 2013]

Referees: Becker, Prof. Dr.- Matthias and Dietrich, Prof. Dr.- Reinhard
Refereed: 16 September 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3661
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