Die in dieser Arbeit durchgeführte Analyse von Altimeterdaten basiert ausschließlich auf dem vom NODC ( ’National Oceanic Data Center’) verteilten Datensatz der ’Exact Repeat Mission’ (ER M ) des U.S. NAVY Geodätischen Satelliten GEOSAT. Im fol
genden wird zunächst ein Überblick über die GEOSAT-Mission gegeben (Kapitel 3.1), und anschließend die Datenaufbereitung beschrieben (Kapitel 3.2). Datenunsicherhei
ten werden in Kapitel 3.3 diskutiert . In Kapitel 3.4 schließlich werden externe Da
tensätze vorgestellt, die nachträglich zur Verbesserung des NODC-Datensatzes dienen, und deren Einflüsse auf bisherige Ergebnisse werden abgeschätzt.
3.1 D ie G E O SA T-M ission
GEOSAT wurde vom Applied Laboratory (APL) der Johns Hopkins Universität (Lau- rel, U.S.A.) entwickelt und im März 1985 in 800 km Höhe auf eine Erdumlaufbahn mit 108° Inklination gebracht. Die geographische Datenabdeckung des Satelliten erstreckt sich dementsprechend auf den Bereich zwischen ±72° Breite. Die Radardaten der GEO
SAT ERM wurden von APL empfangen und in geophysikalische Meßgrößen konvertiert, bevor sie zusammen mit externen Umgebungskorrekturen über das NODC an die Be
nutzer weiter geleitet wurden. Die wichtigsten Instrumentenkenngrößen der GEOSAT ERM sind Tabelle 3.1 zu entnehmen. Eine schematische Darstellung des Satelliten und seiner Komponenten ist in Abbildung 3.1 gezeigt. Er war neben dem Radaraltimeter mit Solarzellen zur Energieversorgung, einem Stabilisierungssystem ( ’Gravity Gradient Attitide Stabilizing System’ ) zur Aufrechterhaltung der Nadir-Blickrichtung und mit einem TRANET-Doppler-Funkfeuer zur Bestimmung der Satellitenposition ausgestat
tet. Das Radarinstrument von GEOSAT ist eine verbesserte Version des pulslimitierten Instrumentes, das auf SEASAT eingesetzt wurde. Es arbeitet im „Pulskompressions- Modus“ bei 13.5 GHz. Durch Instrumentenverbesserungen konnte das Rauschniveau des Radars gegenüber dem auf SEASAT von 5 cm auf ca. 3.5 cm gesenkt werden (SAILOR und LeSCHACK, 1987).
Aus der Namensgebung von GEOSAT geht hervor, daß die primäre Aufgabe des Satelli
ten in einer verbesserten Bestimmung des marinen Geoids bestand. Dieses Ziel wurde in der 18 Monate dauernden ersten Mission, der „Geodätischen Mission“ (G M ), verfolgt.
Während der GM wurde die Meeresoberflächenauslenkung mit einer hohen räumlichen Auflösung (ca. 10km Bahnabstand am Äquator) mehrfach auf einer annähernd wie
derholenden Satellitenbahn vermessen. Da eine bis zu kleinen Wellenlängen reichende
Abbildung 3.1: Der U.S. N A V Y Geodätische Satellit G EO SA T mit seinen einzelnen Kom ponenten: (a) Radaraltimeter, (b ) Solarkollektoren, (c ) ’Gra
vity Gradient Stabilizing System ’ (d) Doppler-Funkfeuer (aus C H E N E Y et al., 1987).
Kenntnis des Geoids für militärische Belange von Bedeutung ist, sind die Altim eter
daten dieser Mission für wissenschaftliche Auswertungen bisher nicht zugänglich. All
gemein verfügbar sind z.Zt. lediglich die Daten der Kreuzpunktdifferenzen der GM (CHENEY et al., 1990).
Obwohl ursprünglich nicht für eine, über die erste Mission hinausgehende ozeano- graphische Anwendung konzipiert, wurde GEOSAT nach Beendigung der GM (Sep
tember, 1986) aufgrund der vielversprechenden Resultate früherer Altimetermissio- nen von GEOS-3 und SEASAT und bedingt durch die hohe Instrumentenstabilität für eine zweite Mission, der ’Exact Repeat Mission’ (E R M ), auf eine neue Umlauf
bahn manövriert. Auf diesem Orbit wiederholte der Satellit seine Bahn nach einer Wiederholungsperiode von 17 Tagen, bzw. nach 244 Umläufen, exakt innerhalb von i l k r n (BORN et al., 1987). Da diese Bahnen mit denen von SEASAT zusammenfal
len und somit keine neue Geoidinformation liefern, sind die Altimeterdaten der E R M
Mission Beginn Ende
Tabelle 3.1: Kenngrößen des Geodätischen Satellien GEOSAT.
uneingeschränkt erhältlich. Die ERM begann am 8. November 1986; sie wurde nach 62 vollständigen Wiederholungszyklen am 20. September 1989 durch Ausfälle aller Datenaufzeichnungssysteme beendet. Die aufsteigenden Knoten der ERM liegen nähe
rungsweise bei 1.05° +n-1.475° östlicher Länge mit n = 0, • • • , 243. Eine Umlaufperiode beträgt 100.6 Minuten bei 14^ Umläufen pro Tag. Aufeinanderfolgende Umläufe sind um ca. 25° Länge westwärts versetzt, und es besteht ein dreitägiger ostwärtiger Subzy
klus; d.h., benachbarte Bahnen werden um drei Tage verzögert gemessen. Die räumli
che Datenabdeckung von GEOSAT ist in Abb. 3.2a für die 12. Wiederholungsperiode (14.-30. Mai, 1987) über dem Atlantischen Ozean dargestellt. Minimale Abstände benachbarter Bahnen nehmen von 156 km am Äquator auf wenige km in höheren Brei
ten ab und betragen in mittleren Breiten ca. 100 km (siehe Abb. 3.2b). Bei einer Auflösung der 1-Hz Messungen von ca. 7 km in Bahnrichtung erstellte GEOSAT somit einen Datensatz von Meeresoberflächenbeobachtungen, der bisher von keinem Meßsy
stem hinsichtlich seiner Dauer und seiner globalen raum-zeitlichen Auflösung erreicht werden konnte.
Die Anzahl der gültigen 1-Hz Messungen pro Tag, die während der ersten 58 Wie- derholungsperioden über dem Atlantischen Ozean gemessen wurden, sind in Abb. 3.4 als Funktion der Zeit aufgetragen. Schwankungen in der Datenerfassung weisen einen
Abbildung 3.2: aj Grundspuren der GEOSAT ERM im Atlantischen Ozean.
Gesägt sind die Positionen aller gültigen 1-Hss Messungen während der 12.
Wiederholungsperiode zwischen dem 14. und 30.Mai, 1987.
b) Minimale Abstande benachbarter Bahnen während der GEOSAT ERM als Funktion der geograpiuscfaen Breite (nach McCONATSY and KILGUS, 1987).
deutlich erkennbaren Jahresgang, mit maximaler Anzahl von Beobachtungen jeweils im Nordwinter, auf. Darüber hinaus verdeutlicht die Abbildung die erheblichen Da
tenverluste gegen Ende der Mission. Die Gründe hierfür sind mannigfach und schließen Probleme bei der Datenaufzeichnung auf dem Satelliten, der Datenübertragung zur Bo
denstation, die Zunahme der Sonnenfleckenaktivität und den Einfluß des Sonnenwindes auf die Neigungsstabilität des Satelliten ein. Wegen der erheblichen Datenausfalle von bis zu 50% gegen Ende der ERM beschränkt sich die Auswertung der GEOSAT-Daten in dieser Arbeit auf die ersten 58 Wiederholungszyklen.
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Abbildung 3.3: Anzahl gültiger 1-Hz Messungen pro Tag während der ersten 58 Wiederholungsperioden der GEOSAT ERM über dem Atlantischen Ozean in dem Bereich 70°S—ß5°N, 100°IV —40°E. Pfeile markieren Zeiträume totaler Datenverluste durch technische Probleme, bzw. durch extrem starke Sonnen
winde (März 1989).
3.2 D atenaufbereitung
Die GEOSAT-Altimeterdaten wurden über dem Atlantischen Ozean in dem geographi
schen Bereich 70°S — 65°N , 100° W — 40° E ausgewertet. Die durchgeführte Analyse basiert auf dem vom NODC (Washington, DC) verteilten ’Geophysical Data Recorts’
(G D R ). Eine Dokumentation dieses Datensatzes wurde von CHENEY et al. (1987) erstellt; zusammenfassende Berichte über die einzelnen Jahre der ERM wurden von CHENEY et al. (1988) und DOYLE et al. (1989,1990) veröffentlicht.
Die Verarbeitung der Altimeterdaten gliederte sich in verschiedene Arbeitsstufen. Diese umfassen :
1. die Korrektur von Umgebungseffekten auf die Messungen der Oberflächenauslen-