Gravity observations at the fundamental station Onsala Space Observatory

Abstract

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, den Schwereunterschied zwischen dem alten und dem neu gebauten Gravimeterhaus der Fundamentalstation Onsala mittels eines Relativgravimeters zu ermitteln.<br />Da Schweredaten immer einen Signalanteil aus Erdgezeiten und Luftdruck enthalten, werden in dieser Arbeit unterschiedliche Methoden angewendet, um diese aus den Gravimeterdaten zu entfernen. Dazu gehören die Multilineare Regression, sowie Kreuzkorrelationen, die mittels der Software TSoft und ETERNA berechnet werden. So konnte eine Qualitätsanalyse des Gerätes durchgeführt werden, welche eine Genauigkeit von 22 uGal lieferte.<br />Anfängliche Priorität hat die Bestimmung des Schweregradienten des Gebiets rund um die Fundamentalstation Onsala. Da die Forschungsstation in Zukunft mehrere Aufstellmöglichkeiten für diverse Instrumente bietet, dient dieser einer zukünftig präziseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse, die verschiedene Gravimeter unterschiedlicher Instrumentenhöhe liefern.<br />Für das neue Gravimeterhaus ergab sich ein Schweregradient von 3.295 uGal/cm, was mit dem Schweregradienten von Lantmäteriet, dem schedischen Bundesvermessungsamt sehr gut zusammenpasst. Um Relativgravimeter für längere Beobachtungszeiträume einsetzen zu können, müssen Driftparameter bestimmt werden, was mittels der Profilmethode geschieht. Das aufgezeichnete Signal wird nachträglich um die ermittelte Instrumentendrift korrigiert. In dieser Arbeit wurde in erster Linie ein LaCoste & Romberg G624 Relativgravimeter eingesetzt.<br />Mit Hilfe der bereits erwähnten Methoden bestimmt man den Schwereunterschied der beiden Standpunkte in den Gravimeterhäusern und ermöglicht einen direkten Vergleich zu den Messungen mit einem Absolutgravimeter, durchgeführt von der Leibniz Universität, Hannover.<br />Weiters wird mittels Simulation der Einfluss des nahegelegenen Biotopes identifiziert. Dieses Resultat untermauert die Relevanz der Verlegung des Gravimeterhauses. Zuletzt werden orthometrische (Nivellement) und ellipsoidische (GPS) Höhen bestimmt. Die aus der Differenz gewonnen Undulationen für definierte Punkte werden mit den Angaben für das lokale Geoid SVEN08 und jenen des globalen Geoides EGM96 verglichen. Somit kann ein lokaler Geoidtest durchgeführt werden, der zeigen soll, wie viel passender die Undulationen im Modell SVEN08 im Vergleich zum EGM96 sind.<br />

The main aim of this thesis is the determination of the gravity difference between the old and the newly built gravimeter house of the fundamental station Onsala Space Observatory, using a relative gravimeter.<br />Since gravity data always contain a signal component of Earth tides and air pressure, different methods are applied to remove them from the recorded gravity signal. These includes the multi-linear regression, and cross-correlations that are calculated using the software TSoft and ETERNA. This permitted an quality analysis of the used instrument, and led to an accuracy of 22 uGal.<br />Initial priority is the determination of the gravity gradient for the new gravimeter house of the fundamental station Onsala. Since the research station offers several installation options for instruments with different instrument heights, a more accurate comparison of these results will be possible. In this thesis a gravity gradient of 3.295 uGal/cm was obtained for the new gravimeter house which evaluates those of Lantmäteriet, the Swedish Survey Office which is 3.298 uGal/cm.<br />Using the relative gravimeter for longer periods of observation, it is necessary to determine drift parameters, applying the profile method.<br />The recorded signal is corrected with the determined instrument drift parameters. This work mainly uses the relative gravimeter LaCoste & Romberg G624.<br />Applying the already mentioned methods the gravity difference between two positions in each gravimeter houses is determined and allows a direct comparison to the result of an absolute gravimeter, carried out by the Leibniz University of Hannover with a SCINTREX FG-5. After applying all corrections and reducing both results down to the base plate, the satisfying result of 294 uGal +/- 16 has been determined.<br />Furthermore, the influence of the nearby habitat is simulated. This result confirms the relevance of the transfer of the gravimeter house.<br />Last orthometric (leveling) and ellipsoidal (GPS) heights are determined. The undulations, derived from these height differences for several points on the Onsala area, are compared to the undulations of the SVEN08 (local) and the EGM96 (global) geoid model. This allows a local geoid test, which shall show the better matching of the undulations in SVEN08 compared to those of the EGM96.