Projektstart: 01.01.2018

Laufzeit: 3 Jahre

Förderung: DFG

Leitung: Harald Kunstmann

Beteiligte Wissenschaftler: Andreas Wagner (IMK-IFU), Benjamin Fersch (IMK-IFU)

Kooperationspartner:

Prof. Dr. Hansjörg Kutterer, KIT/GIK, Geodetic Institute, Karlsruhe

Prof. Dr. Stefan Hinz, KIT/IPF, Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, Karlsruhe

Prof. Dr. Alain Geiger, ETH/IGP, Institute of Geo­desy and Photogrammetry, Zürich

Kurzbeschreibung

Wasserdampf ist ein hochwirksames Treibhausgas, das direkt mit dem globalen Klimawandel und seinen Auswirkungen auf Naturkatastrophen wie Überschwemmungen, Dürren oder das Schmelzen von Gletschern zusammenhängt. Zudem ist es ein wesentlicher Treiber für die Erzeugung und räumlich-zeitliche Verteilung von Wolken und Niederschlag. Vertikal integrierter Wasserdampf zeigt eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität. Zwar ermöglichen regionale Atmosphärenmodelle die Simulation der Verteilung von hydrometeorologischen Variablen in Raum und Zeit mit hoher Auflösung, bezüglich der Güte besteht jedoch weiterhin großer Verbesserungsbedarf. Gleichzeitig existieren nur begrenzte Aufzeichnungen zur Validierung von atmosphärischem Wasserdampf mit hoher Auflösung.

Wasserdampf ist ein wichtiges Signal in der Meteorologie und der Klimaforschung und wird vor allem in der Geodäsie und der Fernerkundung als Geräuschquelle angesehen. Die Luftfeuchtigkeit der Erdatmosphäre führt zu Verzögerungen und Verzerrungen hoher zeitlicher und räumlicher Schwankungen in Mikrowellensignalen, die durch Mehrfrequenzmessungen nicht beseitigt werden können und während der Datenverarbeitung quantifiziert werden müssen. Daher liefern Beobachtungen globaler Navigationssatellitensysteme (GNSS) und des interferometrischen Radars mit synthetischer Apertur (InSAR) wertvolle Beiträge (GNSS: hohe zeitliche Auflösung; InSAR: hohe räumliche Auflösung) zur Rekonstruktion des integrierten Wasserdampfs (IWV) auf dem Weg vom Satellit zur Beobachtungsstelle auf der Erdoberfläche. Darüber hinaus ermöglicht die hochentwickelte tomografische Auswertung dieser Daten die Erzeugung von 3D-Feldern der Wasserdampfverteilung in Raum und Zeit.

Durch die Verwendung von GNSS- und InSAR-basierten Techniken in Kombination mit hochauflösenden regionalen atmosphärischen Wettermodellen und Techniken zum Zusammenführen geostatistischer Daten soll das Projekt neue Ansätze entwickeln und bewerten, um verbesserte räumlich-zeitliche Schätzungen der atmosphärischen Wasserdampfverteilung abzuleiten. Insbesondere werden tomographiebasierte Ansätze zur Auswertung von geodätischen und Fernerkundungsdaten weiterentwickelt, um die vertikale und horizontale Auflösung der untersuchten atmosphärischen Zustandsvariablen zu verbessern. Die erzeugten Produkte werden zum Vergleich und zur Assimilation mit atmosphärischen modellbasierten Informationen verwendet, um schließlich eine optimale Schätzung der atmosphärischen Wasserdampfverteilung zu erhalten.