GRACE-Eismassenbilanz

Abstract

Ziel dieser Studienarbeit ist die Erstellung von Eismassenbilanzen für das Gebiet Grönland aus Daten der GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)-Mission. GRACE ist eine Schwerefeldmission die monatliche Lösungen der Kugelflächenfunktionskoeffizienten bis zum Grad 130 liefert, mit denen sowohl das statische Schwerefeld der Erde, wie auch dessen zeitliche Variation modelliert werden kann. Die Beschreibung des Schwerepotentials in Kugelflächenfunktionen entspricht einer spektralen Zerlegung des Potentials in einzelne Frequenzanteile, die durch die Koeffizienten repräsentiert werden. Aus den zeitlichen Änderungen der Koeffizienten lassen sich im spektralen Raum die zeitlichen Änderungen des Geoids berechnen. Aus den Änderungen des Geoids lassen sich ohne komplizierte Umformungen die zeitlichen Änderungen der Oberflächendichte generieren, die, multipliziert mit der Fläche, die Änderungen der Masse ergeben. Allerdings müssen dazu die Koeffizienten aufgrund der Verformung der Erdkruste korrigiert werden. Diese Verformung wird durch die Änderungen der Oberflächendichte und daraus resultierenden Verlagerungen der Massen verursacht. Die Auflastkorrekturen basieren auf dem mechanischen Erdmodell (Preliminary Reference Earth Model, PREM) und werden als so genannte Love Zahlen eingeführt. Die Qualität der Koeffizienten nimmt jedoch mit zunehmendem Entwicklungsgrad ab, so dass bei hohem Entwicklungsgrad die Fehler größer sind als das Signal selbst. Aus diesem Grund wird versucht die stark verrauschten Anteile des Signals mittels eines räumlichen Filter vom Typ Gauß zu unterdrücken. Die zur Verfügung gestellten Daten des Geoforschungszentrums Potsdam sind Monatslösungen der Koeffizienten für den Zeitraum Februar 2003 bis November 2006 und umfassen insgesamt 44 Epochen. Mit Hilfe von erstellten und zur Verfügung gestellten Matlab Programmen wurde die Änderung der Oberflächenmassen im Gebiet Grönland untersucht. Die Untersuchungen, die sich sowohl auf das räumliche wie auch auf das zeitliche Verhalten konzentrieren, ermöglichen die Erstellung von Eismassenbilanzen.

The objective of this paper is to provide ice mass balances over Greenland using GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellite mission data. GRACE provides monthly solutions for coefficients of the spherical harmonic function up to degree 130. By using the coefficients it is possible to calculate the static gravity field, as well as its temporal variation. The description of the gravity potential in spherical harmonics is a spectral analysis of the potential, represented by the coefficients or frequencies. The temporal variation of the coefficients provides a solution for temporal variation of the geoid. The variation of the geoid is directly associated with the variation of the surface density, which multiplied by area, generates mass variations. However, the coefficients have to be corrected by the effect of deformation of the earth's crust. The deformations are caused by change of the surface density and the consequential mass movements. The load corrections are based on the mechanical earth model (Preliminary Reference Earth Model, PREM) and will be introduced as Love numbers. The quality of the coefficients becomes poor for higher degrees of development, so the errors for high degrees are larger then the signal itself. In order to suppress these errors the data will be smoothed by Spatial Gaussian Filter. The data of the Geoforschungszentrum Potsdam are monthly solutions for coefficients in the period from February 2003 until November 2006 and contains 44 epochs. The variation of surface mass will be examined by using self made and provided Matlab programs. This research that includes spatial as well as temporal behaviour allows generating ice mass balances.