Quelle: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) 1. August 2023.

1. August 2023 – Ob bei der präzisen Vermessung des Meeresbodens oder für Planung, Bau und Wartung von Offshore-Anlagen (z. B. Windparks) – heute nutzt man dafür die bekannten Satellitensysteme wie GPS oder Galileo. Dabei wird die dreidimensionale Position in Bezug auf ein globales Koordinatensystem bestimmt. Mit speziellen geodätischen Verfahren ist dies sogar mit Zentimetergenauigkeit möglich.

Der Meeresspiegel wird vor allem durch die ungleichmäßige Schwerkraft der Erde geformt. Damit man mit den rein geometrischen Satellitenmessungen auch genaue Höhen über dem Meeresspiegel bestimmen kann, stellt das BKG gemeinsam mit seinen Partnern ein sogenanntes Quasigeoidmodell als Höhenbezugsfläche bereit. Das Modell beschreibt die Abweichungen des für Deutschland gültigen Höhenniveaus (Amsterdamer Pegel, NAP) von der Referenzfläche (Ellipsoid) der Satellitenmessungen. Diese betragen an den deutschen Küsten zwischen 35 und 41 Meter. Die aktuelle Version GCG2016 ist seit 1. Juni 2023 als Open Data verfügbar: zum Quasigeoidmodell.

Grundlage für die Berechnung des Quasigeoidmodells sind Informationen über die lokale Schwerebeschleunigung, kurz Schwere. Im Bereich der Nordsee stammen die bisher verfügbaren Schweremessungen aus unterschiedlichen Quellen. Sie sind jedoch unregelmäßig verteilt, teils veraltet und weichen mitunter systematisch voneinander ab. Daher genügen sie nicht den Anforderungen, um das Quasigeoid mit der gleichen Genauigkeit wie an Land (ca. 1 cm) zu berechnen.

2014 und 2015 wurden bereits Messungen im norddeutschen Wattenmeer und vor den nordfriesischen Inseln durchgeführt. Seit 2021 laufen die Arbeiten zur großflächigen Neuvermessung der Nordsee. In diesem Jahr liegt der Fokus noch einmal auf dem Gebiet nordwestlich von Helgoland, wo Datenlücken geschlossen und bestehende Daten überprüft und ggf. angepasst werden sollen. Mit 350 bis 400 km Entfernung vom Festland stellt der sogenannte Entenschnabel, der äußerste Winkel der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ), eine besondere logistische Herausforderung dar.

Die Messungen in diesem Jahr dienen daher weiteren Ergänzungen und Kontrollen, um eine hohe Datenqualität sicherzustellen. Laut Plan wird das Vermessungs-, Wracksuch- und Forschungsschiff (VWFS) WEGA des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) am 1. August 2023 in Bremerhaven auslaufen.

Angesichts der Messbedingungen in der Nordsee tragen gleichzeitige Messungen mehrerer Instrumente wesentlich zur Qualitätssicherung bei. In den folgenden 10 Tagen werden daher wieder die Spezialisten vom Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) sowie dem Fachgebiet Physikalische Geodäsie und Satellitengeodäsie (PSGD) der TU Darmstadt mit ihren Instrumenten die Schweremessungen an Bord durchführen. Zusätzlich setzt auch das BKG erstmals ein eigenes auf Inertialsensoren basierendes Strap-Down-Gravimeter ein.

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Quelle: HafenCity Universität Hamburg.

1. März 2022 – Die langfristige Vision von „TerraQ“ ist die Entwicklung innovativer geodätischer Messkonzepte auf der Grundlage der Quantenphysik und der allgemeinen Relativitätstheorie, die einzigartige Perspektiven für die Satellitengeodäsie und die gravimetrische Erdbeobachtung eröffnet.

„TerraQ“ zeichnet sich durch die interdisziplinäre Arbeit von Geodät:innen und Quantenphysiker:innen aus und vereint Fachwissen aus den Ingenieurwissenschaften mit physikalischer Grundlagenforschung. Die neu entwickelten Messverfahren werden die Beobachtung klimabedingter Änderungen der Wasserverteilung mit verbesserter räumlicher und zeitlicher Genauigkeit ermöglichen und damit einen wichtigen Beitrag zur Erforschung des Klimawandels leisten.

Leibniz-Universität Hannover leitet Forschungsprojekt
Der Sonderforschungsbereich wird an der Leibniz-Universität Hannover federführend geleitet. Beteiligt sind neben der HCU das Deutsche GeoForschungszentrum (GFZ) Potsdam, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) und die TU Graz.

Was ist ein Sonderforschungsbereich?
Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Sonderforschungsbereiche (SFB) sind langfristig angelegte Forschungsverbünde von Hochschulen, in denen Wissenschaftler:innen im Rahmen eines fächerübergreifenden Forschungsprogramms zusammenarbeiten.

HCU-Teilprojekt im Rahmen des Sonderforschungsbereichs
Das SFB-Teilprojekt „C05 – Modellierung von Massenvariationen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung“ ist eine Kooperation von HCU, Leibniz-Universität Hannover und GFZ Potsdam und wird an der HCU von Prof. Dr.-Ing. Annette Eicker (Geodäsie und Ausgleichungsrechnung) und Viviana Wöhnke betreut. Beobachtungen der zeitlichen Variationen des Erdschwerefeldes mittels Satellitengravimetrie, terrestrischer Gravimetrie und durch GNSS-Stationsbewegungen erlauben einen Einblick in die regionalen Variationen und Veränderungen von Wasserspeichern auf jeweils unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Schwerefeldmodellen mit größtmöglicher räumlicher und zeitlicher Auflösung durch die Kombination der verschiedenen Beobachtungsverfahren. Aufgrund der unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Sensitivität der Messsysteme stellt eine solche Datenkombination eine der großen Herausforderungen der Geodäsie dar.

Herausforderung: „Kombination von Satellitendaten und bodengestützten Messungen“
Prof. Dr.-Ing. Annette Eicker: „Es ist eine spannende Erfahrung, die technische Entwicklung der Instrumente so hautnah mitzubekommen und deren Daten direkt in geowissenschaftlichen Anwendungen zu testen. Insbesondere die Kombination der Satellitendaten der Mission „GRACE“ mit den bodengestützten Messnetzen ganz neu entwickelter Quantengravimeter wird eine interessante Herausforderung unseres Projektes.“

HCU-Doktorandin Viviana Wöhnke erforscht Teilprojekt in ihrer Promotion
Viviana Wöhnke ist seit Herbst 2021 Doktorandin im Teilprojekt an der HCU. Durch ihre Arbeit als studentische Hilfskraft und die thematische Nähe ihrer Masterarbeit zum Projekt, hat sie von Anfang an viel Vorwissen in das Projekt einbringen können. In ihrer Promotion geht es um die Kombination von Satellitengravimetrie (GRACE), terrestrischer Gravimetrie und GNSS-Beobachtungen zur Bestimmung von regional hochaufgelösten Wasserspeicheränderungen.

Viviana Wöhnke: „Neben der Datenanalyse und Programmierung gefällt mir insbesondere auch die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Wissenschaftler:innen aus verschiedenen Forschungsbereichen wie der Hydrologie und Geophysik. Dadurch findet die Arbeit nicht nur am eigenen Schreibtisch statt, sondern es ergeben sich durch das breitgefächerte Forschungsprojekt viele weitere spannende Einblicke.“

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