Hochauflösende atmosphärische Wasserdampffelder basierend auf satellitengeodätischer Erkundung, tomographischer Fusion und Atmosphärenmodellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Hinz; Professor Dr. Harald Kunstmann; Professor Dr.-Ing. Hansjörg Kutterer, seit 1/2019
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321886779

Der Anteil des atmosphärischen Wasserdampfs beträgt lediglich bis zu vier Volumenprozent der Erdatmosphäre. Aufgrund seiner besonderen Bedeutung für atmosphärische Prozesse - insbesondere für Klimawandel und Naturgefahren (z.B. Hochwasser, Dürreperioden, Flutkatastrophen, Gletscherschmelze) - ist die zuverlässige und genaue Kenntnis über die räumliche und zeitliche Verteilung des Treibhausgases Wasserdampf von eminenter Bedeutung. Wasserdampf ist zudem wichtiger Bestandteil des Wasserkreislaufs; er bestimmt Wolkenbildung und -verteilung sowie Niederschlag maßgeblich. Trotz seiner großen Bedeutung ist die Modellierung seines räumlichen und zeitlichen Verhaltens nicht zufriedenstellend gelöst. Obgleich regionale Atmosphärenmodelle prinzipiell hydro-meteorologische Zustandsgrößen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung simulieren können, ist die Reproduzierbarkeit von hochvariablen Prozessen beschränkt. Zudem existieren wenige hochauflösende Validierungsdatensätze. Während Wasserdampf für Meteorologie und Klimaforschung eine zentrale Zustandsgröße darstellt, liegt im Rahmen von geodätischen Anwendungen der Fokus auf der Reduktion seines Einflusses. Im Gegensatz zu den Effekten anderer Atmosphärenbereiche kann sein Einfluss auf Mikrowellenmessungen nicht durch Mehrfrequenzbeobachtungen eliminiert werden. Somit ist das Signal des atmosphärischen Wasserdampfs im Rahmen der Verarbeitung der Daten dieser Sensoren geeignet zu modellieren. Hierbei können GNSS und InSAR wertvolle Beiträge (GNSS: hohe zeitliche Auflösung; InSAR: hohe räumliche Auflösung) zur Rekonstruktion des Einflusses der Erdatmosphäre - und im Speziellen des atmosphärischen Wasserdampfs - längs des Signalwegs leisten. Unter Verwendung von komplexen tomographischen Ansätzen sind aus den GNSS- bzw. InSAR-basierten, integrierten Wasserdampfkenngrößen zeitabhängige 3D-Felder des Wasserdampfs ableitbar. Unter Verwendung von innovativen GNSS- und InSAR-Datenanalysetechniken zielt das beantragte Projekt darauf ab, für regionale Anwendungen neue Kombinationsansätze für die verbesserte Bestimmung der raum-zeitlichen Verteilung des atmosphärischen Wasserdampfs zu entwickeln und zu validieren. Die zentrale Fragestellung beschäftigt sich mit der wissenschaftlich fundierten, Geostatistik-basierten Zusammenführung von geodätischen Ergebnissen und meteorologischen Wettermodellen. Hierbei kommt tomographischen Fusionsansätzen - sowohl im Kontext der Zusammenführung der beiden geodätischen Sensoren als auch bei der Kombination von geodätischen und meteorologischen Produkten - eine wichtige Rolle zu; diese sind z.B. hinsichtlich horizontaler und vertikaler Auflösung weiterzuentwickeln. Darüber hinaus ist die Tomographie-basierte Fusion gegenüber meteorologischen Assimilationsansätzen zu vergleichen, um eine optimale regionale Strategie für die Zusammenführung aller beitragenden Sensoren und Modelle zur Ableitung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Wasserdampfverteilungen herauszuarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz, Ungarn, USA
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Alain Geiger
• Kooperationspartner: Professor Dr. Franz Meyer; Dr. Szabolcs Rozsa
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernhard Heck, bis 12/2018