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Trennung von Massensignalen aus gravimetrischen und geometrischen BeobachtungenMassenverlagerungen und -bewegungen innerhalb und zwischen einzelnen Komponenten des Erdsystems stellen dynamische Prozesse dar, die sowohl die Rotation als auch das Schwerefeld und die Gestalt der Erde beeinflussen. Die von der Satellitenmission GRACE beobachteten integralen Massenvariationen beinhalten unter anderem atmosphärische, ozeanische und hydrologische Massenverlagerungen. Um Massentransporte innerhalb des Systems Erde zu identifizieren, ist es nötig die Anteile der verschiedenen Komponenten zu separieren. Wie in der folgenden Abbildung angedeutet, können geophysikalische Modelle für die Systemkomponenten, z.B. WGHM im Falle der kontinentalen Hydrologie gewählt werden, um geeignete mathematische Funktionensysteme abzuleiten. Verfährt man mit allen zu berücksichtigen Systemkomponenten (Hydrologie, Ozeane und Atmosphäre) in gleicher Weise, liegt nach der Zusammenführung der einzelnen Modellansätze ein kombinierte Modell für das Gravitationspotential vor. Dies besteht aus verschiedenen gegebenen Basisfunktionssystemen zur räumliche Darstellung und unbekannten Reihenkoeffizienten, die die Zeitabhängigkeiten repräsentieren. Da GRACE Potentialdifferenzen misst, lassen sich aus einer Parameterschätzung die unbekannten Reihenkoeffizienten berechnen. Liegen diese vor, können wie die zweite Abbildung zeigt, verbesserte geophysikalische Modelle angegeben werden. Diese lassen sich dann mit unabhängigen Daten, z.B. GPS-Zeitreihen oder Zeitreihen supra-leitfähiger Gravimeter, validieren.
Als Basisfunktionssysteme können z.B. empirische Orthogonalfunktionen (EOF) gewählt werden, die aus Hauptkomponentenanalysen der geophysikalischen Modelle gewonnen werden. Die zeitabhängigen Hauptkomponenten stellen die unbekannten Parameter der Ausgleichung dar. Werden GRACE-Monatslösungen verwendet bedeuten die geschätzten Parameter demnach diskrete Werte mit einem Diskretisierungsintervall von einem Monat. Werden hingegen GRACE-L1B Daten verwendet, liegen diese zu beliebigen Zeitpunkten entlang des GRACE-Satellitenorbits vor. In dem Fall wird eine zusätzliche zeitliche Modellierung benötigt. Neben Fourier-Reihen können hier auch B-Spline-Entwicklungen gewählt werden. Außer GRACE-Beobachtungen können in diesem Ansatz auch Altimetriemessungen und Daten anderer Beobachtungssystem genutzt werden. Die unbekannten Parameter lassen sich dann aus einer gemeinsamen Ausgleichung ermitteln. |
