Das DGFI heute: Globale und regionale Referenzrahmen

1. Das DGFI heute:Globale und regionale Referenzrahmen Manuela Seitz Laura Sánchez Mathis Bloßfeld Detlef Angermann Michael Gerstl Robert Heinkelmann Julián Mora-Diaz Horst Müller Natalia Panafidina Vojtech Stefka Geometrie-Gruppe

2. Globale Referenzrahmen z Das Internationale Terrestrische Referenzsystem ITRS Definition • Ursprung im Massenzentrum der Erde • Längeneinheit ist das Meter (SI) • z-Achse ist die mittlere Erdrotationsachse • x- und y-Achse liegen in der Äquatorebene • x-Achse geht durch den Meridian von Greenwich Realisierung • durch Positionen und Geschwindigkeiten global verteilter Beobachtungsstationen der geodätischen Raumbeobachtungs-verfahren: GNSS, VLBI, SLR und DORIS  Internationaler Terrestrischer Referenzrahmen (ITRF) y http://www.globale-evolution.de x

3. Der Internationale Terrestrische Referenzrahmen … ist die Grundlage für • die Beschreibung der Figur der Erde und ihrer Orientierung im Raum • die Referenzierung von Vorgängen auf der Erde und in ihrem nahen Umfeld (Georeferenzierung) • Geophysikalische Prozesse (Plattentektonik, Erdbeben, Ozeanströmungen, …) • Satellitenbahnbestimmung • Positionierung, Navigation das Globale Geo- dätischeBeo- bachtungssystem (GGOS) Referenzrahmen berechnet am DGFI: DTRF2008

4. Geodätische Raumbeobachtungsverfahren Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Global Navigation Satellite Systems (GNSS) http://igscb.jpl.nasa.gov/network/site/conz.html http://www.jammisciencescreen.com Wettzell SatelliteLaser Ranging (SLR) • Doppler Orbitography and RadiopositioningIntegrated by Satellite (DORIS) http://www.cls.fr http://cddis.nasa.gov/ http://spie.org/

5. Berechnung des DTRF2008 Strategie Eingangsdaten bereitgestellt von den Internationalen Diensten VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL VLBI Session NGL SLR Wöchentl. NGL GNSS Wöchentl. NGL DORIS Wöchentl. NGL Analyse der Zeitreihen und Addition der NGL zu einer NGL pro Verfahren VLBI NGL SLR NGL GNSS NGL DORIS NGL Kombination der Beobachtungsverfahren Referenzrahmen + Erdorientierungsparameter DTRF2008 NGL: Normalgleichung

6. Ko-lokationsstationen Beobachtungen der verschiedenen Verfahren beziehen sich nicht auf gemeinsame Referenzpunkte. • Die resultierenden Differenzvektoren werden auch als „localties“ bezeichnet. Geodätisches Observatorium Wettzell, Bayerischer Wald VLBI SLR GPS • Lokale Messungen sind nötig um die Stationspositionen kombinieren zu können. http://www.fs.wettzell.de/ http://www.vermessungstechnik.de

7. DTRF2008: Stationsverteilung Verfahren/Standort 4 Verf. 7 3 Verf. 27 2 Verf. 81 1 Verf. 464 VLBI 106 SLR 122 GNSS 559 DORIS 132 Gesamt ≈1000 14% 13% 61% 12%

8. DTRF2008: Geschwindigkeitsfeld Horizontale Geschwindigkeiten

9. Regionale Referenzrahmen Der globale Referenzrahmen wird durch nachgeordnete Referenznetze verdichtet, zur Gewährleistung von: • Grundlage für wissenschaftliche und praktische Anwendungen hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung; • Zugang zum globalen Bezugssystem auf regionaler/ nationaler Ebene; • Erzeugung und Nutzung präziser georeferenzierter Daten (z. Bsp. Validierung von Schwerefeld-Produkten). ITRF-Stationen in Lateinamerika (z.Z. 50) SIRGAS: ITRF-Verdichtung in Lateinamerika (z.Z. 256 Stationen)

10. DGFI-Arbeiten in SIRGAS Kontinuierliche Analyse des Referenzrahmens und Bereitstellung von • wöchentlichen Stationskoordinaten • Mehrjahreslösungen • Zeitreihen Verfügbar unter www.sirgas.org Mehrjahreslösung SIR11P01

11. DGFI-Arbeiten in SIRGAS Modellierung der Erdoberflächendeformationen durch geophysikalische Prozesse z. Bsp. • Plattentektonik • Erdbeben • atmosphärische / hydrologische Auflastvariationen Deformationsmodel für Mittel- und Südamerika

12. Co-seismische Bewegungen nach dem Erdbeben in Maule, Chile, Februar 2010 20 cm!

13. Modellierung seismischer Deformationen

14. Vereinheitlichung von Höhensysteme Kombinierte Analysis von • GNSS-Zeitreihen, • Pegel-Registrierungen, • Satellitenaltimetrie-Beobachtungen, • Geoid-Modellierung • Nivellements für die Vereinheitlichung der existierenden Höhensysteme Vergleich von vertikalen Geschwindigkeiten aus GPS-Positionierung und Pegel-Registrierungen

15. Aktuelle Herausforderungen Berücksichtigung von nicht-linearen Bewegungen in der Berechnung des Referenzrahmens: • Durch seismische Deformation können aktuelle ITRF- bzw. SIRGAS-Lösungen in Argentinien, Chile und Uruguay nicht angewendet werden • Zur Zeit einzige Alternative:wöchentliche Stationskoordinaten als Referenzwerte • Frage: Bezug zum (amtlichen) Bezugsystem vor dem Erdbeben? Aktuelle Stationspositionen Deformation durch Erdbeben Amtliches Bezugsystem ?

16. Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Nicht-lineare (abrupt, saisonal) Stationsbewegungen werden verursacht durch • Instrumentenwechsel  Diskontinuitäten • (geo-)physikalische Effekte  bisher nicht oder nicht einheitlich modelliert • Erdbeben, seismische- und post-seismische Deformationen  Diskontinuitäten, stückweise lineare Funktionen

17. Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Berücksichtigung saisonaler Stationsbewegungen anhand • erweiterter (geo-)physikalischer Modellierungen (z.B. hydrologische und atmosphärische Auflastdeformationen) • erweiterter Parametrisierungen (z.B. halb-, jährliches Signal) Wettzell (Deutschland) Modelle: GLDAS (Rodell et al., 2004)& NCEP (Kalnay et al., 1996)

18. Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Berücksichtigung saisonaler Stationsbewegungen anhand • einer höheren zeitlichen Auflösung der geschätzten Referenzrahmen Bsp.: globaler Referenzrahmen aus Kombination von GPS, SLR und VLBI

19. Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Differenzen zwischen den Lösungen: bis zu mehreren Zentimetern!  Die Unterschiede wirken sich auf andere mitgeschätzte Parameter aus

20. Globale Referenzrahmen – zeitlich hochaufgelöst Vorteile von zeitlich hochaufgelösten Referenzrahmen: • Nicht-lineare Stationsbewegungen werden berücksichtigt und beeinflussen nicht konsistent mitgeschätzte Parameter (z.B. EOP) • Sehr hohe Geometrietreue & Aktualität der wöchentlichen Netze Nachteile: • Geringe Langzeitstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Referenzrahmen • Niedrigere Genauigkeit aufgrund von variierender Anzahl der Stationen und geringerer Anzahl an Beobachtungen

21. Zusammenfassung Globale Terrestrische Referenzrahmen, z. Bsp. DTRF2008 • sind die Grundlage für viele Arbeiten im Bereich der Geowissenschaften, für Positionierung und Navigation • werden aus den Beobachtungen geodätischer Weltraumverfahren (GNSS, VLBI, SLR und DORIS) berechnet Regionale Referenzrahmen, z. Bsp. SIRGAS • ermöglichen als Verdichtung des ITRF den Zugang zum globalen Referenzsystem auf regionaler Ebene und gewährleisten eine hohe räumliche Auflösung für die Erdsystemforschung • sind die Grundlage für regionale Positionierung und damit für die Landesvermessungen sowie für die Navigation Wochenlösungen der globalen und regionalen Referenzrahmen • berücksichtigendie kurzzeitigen Variationen der Stationspositionen (jährliche Variationen, seismische und post-seismische Änderungen) • und haben damit Auswirkung auf andere Parameter, z. Bsp. EOP

22. Forschungsziele • bessere Nutzung der individuellen Potenziale der Beobachtungs-verfahren • Verbesserung der Konsistenz der Referenzrahmen • Globale und regionale Referenzrahmen • Terrestrische und zälestische Referenzrahmen • Verknüpfung der terrestrischen Referenzrahmen mit existierenden Höhenbezugssystemen  globale Vereinheitlichung der Höhenbezugssysteme • Steigerung der Genauigkeit der Referenzrahmen: Ziel sind die Genauigkeitsanforderungen des Globalen Geodätischen Beobachtungssystems (GGOS)