Modellierung von atmosphärischen Auflasteffekten aus globalen Druckfeldern

Abstract

Änderungen in der Atmosphäre bewirken Deformationen der Erdkruste und somit haben sie großen Einfluss auf die Positionen von geodätischen Beobachtungsstationen. Diese Einflüsse, sogenannte atmosphärische Auflasteffekte (atmospheric pressure loading, APL), verursachen horizontale und vertikale Verschiebungen bis zu 3 cm. Daher müssen sie bei der Analyse von geodätischen Weltraumverfahren, wie z.B. der Very Long Baseline Interferometry (VLBI), berücksichtigt werden. Ziel dieser Arbeit ist die Optimierung der an der TU Wien verwendeten Standardberechnung von Auflasteffekten. Diese soll durch eine höhere Auflösung von 0,2 Grad anstelle von 1 Grad erzielt werden. Die Berechnung der Auflasteffekte ist in einen Land- und Ozeanteil aufgespalten, da sich die Änderung in der Atmosphäre auf den Ozean anders auswirkt als auf Land. Dazu benötigt man eine Land-Meer-Maske (land-sea-mask, LSM). In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Masken erstellt um deren Auswirkung auf die Berechnung der APL zu ermitteln. Einerseits wurde eine höhere Auflösung von 0,2 Grad gewählt (LSM2), sowie bei der zweiten Maske die Küstenlinie bei -200m gesetzt. Der dritte Ansatz verwendet eine reine Land-Maske. Dadurch ist es nicht notwendig, den inversen Barometer-Effekt zu berücksichtigen. Die Daten zur Erstellung der LSM liefert das Topographiemodell ETOPO2 des NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Anschließend wurden VLBI Basislinien mit der neuen Lösung korrigiert. Um die neue Lösung zu evaluieren, wurden die mit dem neuen Ansatz berechneten Basislinienlängen einerseits mit jenen der Standard-Methode und andererseits mit Korrekturen vom GSFC verglichen. Beim Vergleich zwischen der hochauflösenderen Lösung mit der Standard-Methode verbessert die neue Methode nur 40% der Basislinien. 45% verbessern sich mit der Standard-Methode. Die Versetzung der Küstenlinie bringt keine wesentlichen Verbesserungen. Beim Vergleich LSM2 - GSFC stellt sich heraus, dass die Wiederholgenauigkeit der Basislinienlängen sich bei 53% der Basislinien verbessert. Abschließend ist anzumerken, dass die neuen hochauflösenderen Lösungen keine Verbesserungen bewirken und neue Ansätze zur Optimierung gefunden werden müssen.

Atmospheric circulations cause deformation of the earth¿s crust and thus have significant influence on the positions of geodetic sites. These influences, named atmospheric pressure loadings (APL), effect vertical and horizontal displacements of the sites by more than 3 cm. Therefore they should be considered in the analysis of space geodetic observations such as Very Long Baseline Interferometry (VLBI). This thesis aims to optimise the standard method calculating atmospheric pressure loadings used by the Vienna University of Technology. One major aim was to improve resolution from 1 deg to 0.2 deg. The APL calculation was split up into two parts, a land and an ocean part, which differ in their reaction to atmospheric circulations. For this purpose, a land-sea-mask (LSM) was required. This work tests three different LSMs and their effects on the APL calculations. Data feeding into LSMs calculation was gathered by the topography model ETOPO2 of the NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Following, VLBI baselines with the new corrections have been calculated. To evaluate new solutions, standard deviations from the baseline lengths with individual solutions have been calculated and compared to each other. This yielded that the high-resolution approach had no significant improvements to the standard method, as had the change of the coastline. To conclude, there¿s no improvement in using a high-resolution approach and new approaches for optimisation have to be developed.