Modellierung von Potentialfeldern

Zusammenfassung

Das Team befasst sich mit der Erarbeitung von Modellen des geomagnetischen Referenzfeldes (IGRF), unter Kombination von boden-, luft- und satellitengestützten Messungen. Diese Modelle decken die untersten Terme der Entwicklung nach Kugelflächenfunktionen des Erdmagnetfeldes ab und beschreiben das Verhalten des aus dem flüssigen äußeren Erdkerns hervorgegangenen Erdmagnetfeldes. Auch wenn die Kohärenz zwischen Daten und Modellen erwiesen ist, erfolgt die Modellierung des inneren Erdmagnetfeldes lediglich durch vorherige „Subtraktion“ des Einflusses der externen Felder. Die Erarbeitung von Instrumenten zur Unterscheidung des inneren und äußeren Feldes, wie beispielsweise geomagnetische Indexe, ist ebenfalls ein von diesem Team bearbeitetes wissenschaftliches Thema.


Dank der 2002 gestarteten Mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) konnten die zeitlichen Variationen im Schwerefeld mit bis dahin beispiellosen räumlichen und zeitlichen Auflösungen bestimmt werden. Die Entwicklung von lokalisierten Lösungen (Mascon) beim Goddard Space Flight Center (GSFC) erfolgte in Zusammenarbeit mit dem IPGS. Wir werden diese Zusammenarbeit im Rahmen der Nachfolgemission GRACE-FO, die für 2017 vorgesehen ist, weiterverfolgen.

Überschussladungen an der Erdoberfläche (Atmosphäre, Hydrologie, Glaziologie)

Wir werden die Entwicklungen in der Modellierung der durch die Flüssigkeiten an der Erdoberfläche hervorgerufenen globalen Überschussladungen fortführen. Eines unserer Ziele ist es, die durch die dreidimensionale Struktur der Atmosphäre hervorgerufenen Anziehungseffekte im Falle von dynamischen Phänomenen (Taifune...) abschätzen zu können. Wir werden zudem die hydrometeorologischen Wirkungen in Monsungebieten (Station Nalohou in Benin) und im Elsaß (Station des gravimetrischen Observatoriums Straßburg) untersuchen. Diese hydro-gravimetrische Thematik bleibt ein wichtiger Schwerpunkt mit dem Ziel, die Gravitationsvariationen, die mit den Verschiebungen der unterirdischen Wassermassen im Zusammenhang stehen (ungesättigte Zone und tieferliegende Grundwasserleiter), besser einschätzen zu können. Hierfür werden wir eine optimale Kombination der in der Gravimetrie verfügbaren Instrumente entwickeln (supraleitende Gravimeter, Absolutgravimeter und mechanische Mikrogravimeter). Unsere Bemühungen erstrecken sich auch auf die Messung der Variationen der Eismasse im Zusammenhang mit Klimaveränderungen, insbesondere durch geodätische (InSAR, GPS, VLBI) und gravimetrische Methoden (terrestrische und satellitengestützte Gravimetrie). Die Messungen beziehen sich auf die aktuelle Eisschmelze, die Veränderungen der Abflussrate und auf die postglaziale Landhebung. Die gewählten Untersuchungsstätten umfassen die Antarktis (insbesondere entlang der antarktischen Halbinsel), Grönland und Spitzbergen.

Räumliche und zeitliche Variationen des Magnetfeldes

Die Satelliten für die Untersuchung der Geopotentialfelder, wie jene der nächsten europäischen Mission SWARM (Start für 2012 geplant), werden eine zunehmende Menge an Daten liefern. Daher erscheint es erforderlich, neue mathematische Techniken zu entwickeln, damit diese neuen Daten bei der Modellierung genutzt werden können. Wir beabsichtigen, die Daten auf kompakte und sinnvolle Weise „vorzubearbeiten“. Unter Nutzung der Tatsache, dass die zu modellierenden Felder entlang der Umlaufbahnen auf Satellitenhöhe ein relativ homogenes Verhalten aufweisen, möchten wir unsere Studien zu den mathematischen Datenkompressionen durch die Entwicklung mehrpoliger Räume auf Satellitenhöhe vertiefen und validieren (Minchev et al., 2009).

Zeitliche Variationen des Schwerefeldes

Ergänzend zu den Schweremessungen am Boden werden wir die durch die Missionen GRACE und eventuell GOCE ermittelten zeitlichen Variationen des Schwerefeldes analysieren. Zusätzlich zu den existierenden klassischen Ansätzen im Bereich der Kugelflächenfunktionen werden wir lokalisierte Inversionen entwickeln, die bessere zeitliche und räumliche Auflösungen ermöglichen. Wir werden zudem die Vergleichsstudien zu den boden- und weltraumgestützten Messungen in Europa durchführen, wofür wir das dichte Netz von supraleitenden Gravimetern an geodätischen Grundnetzpunkten (GGP) nutzen, aber auch in Afrika, insbesondere in Wüstengebieten. Die Schweremessungen werden in einem erweiterten Kontext genutzt, um bestimmte Erosions- und Sedimentationsphänomene besser verstehen zu können oder sie dienen in einer „time-lapse“ Version zur Überwachung von Objekten, wie geothermische Reservoire (Soultz-sous-Fôret), CO2-Lagerstätten oder radioaktive Abfälle (Bure). In Verbindung mit dem 1. Teil des Projekts untersuchen wir die Interaktionen zwischen der Erdrotation und dem Schwerefeld mithilfe von supraleitenden Gravimetern. Schließlich ist es dank der Untersuchung einer sehr langen Zeitreihe (mehr als 25 Jahre) an Schwerevariationen in Straßburg möglich, die Stabilität der Reaktion der Erde auf die Gezeiten besser zu verstehen und Bedingungen für ihre anelastischen Eigenschaften zu erarbeiten..