GEOHALO Geowissenschaftliche Erdbeobachtung mit HALO im ...€¦ · GEOHALO Geowissenschaftliche Erdbeobachtung mit HALO im östlichen Mittelmeer M. Scheinert, J. Schwabe F. Barthelmes,

GEOHALOGeowissenschaftliche Erdbeobachtung mit

HALO im östlichen Mittelmeer

M. Scheinert, J. Schwabe

F. Barthelmes, S. Petrovic, H. Pflug,V. Lesur, A. Gebler

A. Geiger

DFG‐Schwerpunktprogramm 1294 „Atmosphären‐ und Erdsystemforschung mit HALO“Kolloquium Frankfurt, 22./23.10.2009


Warum ist HALO für die Geowissenschaften interessant?

Long Rangeermöglicht Datenerfassung in Regionen

− die abgelegen und schwer erreichbar sind−mit spärlicher oder nicht vorhandener Logistik für Flugoperationen − in denen terrestrische Vermessungen nicht möglich sind

ermöglicht Verbindung von isoliert voneinander existierenden Meßgebieten






High Altitudeermöglicht – in Verbindung mit entsprechend angepasster Fluggeschwindigkeit –adäquate Abtastung geowissenschaftlicher Größen

Auflösung, Genauigkeit, variable Flugniveaus






High Altitudeermöglicht – in Verbindung mit entsprechend angepasster Fluggeschwindigkeit –adäquate Abtastung geowissenschaftlicher Größen

Auflösung, Genauigkeit, variable Flugniveaus

Jet Aircraftbietet Platz für komplette Suite aerogeophysikalischer Instrumentierungauch in mehrfacher Auslegung

bestmögliche Kombination aller Messverfahren in einer MissionRedundanz und gegenseitige Validierung


Nutzerkreis „HALOGeowissenschaften“

Formierung im Dezember 2004seitdem regelmäßige Treffen des NutzerkreisesInteressenten aus Universitäten, Großforschungseinrichtungen und Institutionen des BundesGeophysik und GeodäsieSprecher: Mirko Scheinert

Juni 2006: nationaler Workshop Aerogravimetrie in Hannover (BGR)

Januar 2007: Antragstellung im DFG SPP 1294Mission GEOHALOKooperation für Nutzung wissenschaftlicher Geräte

Juni 2009: internationaler Workshop „Aerogravimetry: Technology and Applications“in Dresden (TUD)

Koordination der geowissenschaftlichen HALO‐Missionen und der DFG‐Projekteerste Mission: GEOHALO


GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ)Sektion 1.3 Schwerefeld und Gravimetrie

Franz Barthelmes, Svetozar Petrovic, Hartmut Pflug

GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ)Sektion 2.3 Erdmagnetfeld

Vincent Lesur, Alban Gebler

GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ)Sektion 1.1 GPS/GALILEO‐Technologien

Georg Beyerle, Ralf Stosius, Maximilian Semmling

GEOHALO Kooperationspartner

Technische Universität Dresden (TUD) Institut für Planetare Geodäsie

Mirko Scheinert, Joachim Schwabe

Eidgenössische Technische Hochschulen (ETH)Zürich Institut für Geodäsie und Photogrammetrie

Alain Geiger

DLR German Space Operations Center (GSOC) Space Flight Technology Dept., R&D

Oliver Montenbruck, Rodrigo Rivas

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover

Ingo Heyde, Uwe Meyer

Alfred‐Wegener‐Institut für Polar‐ und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

Daniel Steinhage


GEOHALO Projekte im DFG SPP 1294

Technische Universität Dresden (TUD) Institut für Planetare Geodäsie

Mirko Scheinert, Joachim Schwabe

Gravity Field Determination with HALO



Eidgenössische Technische Hochschulen (ETH)Zürich Institut für Geodäsie und Photogrammetrie

Alain Geiger

Structural and kinematic models of the Aegean based on HALO gravity and magnetic data


Warum Zielgebiet „östliches Mittelmeer“ für GEOHALO?

wissenschaftliche FragestellungRegion zeichnet sich durch erhöhtes Georisiko aus

aktive Tektonik, Erdbeben, Tsunamigefahr

Hellenische Subduktionszone

Nordanatolische Störungszone

18 mm/y

6 mm/y

24 mm/y

30 mm/y

links: tektonische Situationoben: Erdbeben (Verteilung der

Epizentren)



wissenschaftliche FragestellungRegion zeichnet sich durch erhöhtes Georisiko aus

aktive Tektonik, Erdbeben, Tsunamigefahr

Erfassung der Potentialfelder (Schwere, Magnetik)und Nutzung für nachfolgende Analyse und Modellierung (Geoid, Geodynamik)

Kombination mit GNSS‐Methoden für Ableitung weiterer geodätischer und geophysikalischer Größen (dynamische Meeresoberfläche, Troposphärenparameter)

hervorragende Grundlage für Vergleich mit unabhängigen Daten (terrestrisch, Satellitendaten)



wissenschaftliche Fragestellung

logistische Zielstellungfür „Jungfernflug“ der aerogeophysikalischen Instrumentierung auf HALO:

− Zielgebiet mit hervorragender logistischer Anbindung − nach Möglichkeit Flüge von Oberpfaffenhofen aus

Ziel: erfolgreicher Einsatz der aerogeophysikalischen Instrumentierung auf HALO Nachweis der Leistungsfähigkeit und wissenschaftlichen Tragfähigkeit



wissenschaftliche Fragestellung

logistische Zielstellung

GEOHALO: Projekt der geowissenschaftlichen Erdbeobachtung

mit Pilotwirkung für weitere geophysikalisch‐geodätische Anwendungen

(ANTHALO, …)


Flugtrajektorie

Flugzeug-beschleunigung

Schwere-beschleunigung

GeoidEllipsoid

GPS-StationenKinematischeBeschleunigung

Fluggravimetrie

Gravimeter = Beschleunigungsmesser

kann NICHT zwischen Anziehungskräften und Trägheitskräften unterscheiden

zusätzlich: Bestimmung der kinematischen Beschleunigung

präzise Vermessung der Flugtrajektorie notwendig

Gravimeter

© GFZ Potsdam/U. Meyer

GEOHALOInstrumentierungflugzeuggestützte Messung der Geopotentialfelder


Flugtrajektorie

Flugzeug-beschleunigung

Schwere-beschleunigung

GeoidEllipsoid

GPS-StationenKinematischeBeschleunigung

Fluggravimetrie

Gravimeter = Beschleunigungsmesser

Instrumente

LaCoste‐Romberg S‐124(GFZ Potsdam)

Bodenseewerke KSS‐31(BGR Hannover)

Gravimeter

© GFZ Potsdam/U. Meyer


LaCoste-Romberg S-124 (GFZ Potsdam)


Flugtrajektorie

GPS-Stationen

Fluggravimetrie

Flugmagnetik

skalar (Totalintensität)

Cäsium‐Magnetometer

vektoriell

Fluxgate‐Magnetometer

Instrumente: BGR / AWI


Scintrex CS3 Magnetometer(AWI Bremerhaven)


Präzise NavigationBestimmung der Flugtrajektorie

Reflektometrie & SignalstreuungHöhenprofile

signifikante Wellenhöhen über Ozean

OkkultationAtmosphärenparameter

insbes. Wasserdampfgehalt in der Troposphäre

Empfänger/AntennenGFZ Potsdam / DLR

GEOHALOInstrumentierungGNSSNavigation und GNSSFernerkundung


Geräteposition

Rack

Operatorplatz

Gravimeter 1(L&R S-124)

Gravimeter 2(KSS-31)

GNSSNavigation und Fernerkundung

Magnetik

O1

O2O3

GNSS-Antennen(in Kabinenluken)(3 oben, 1-2 seitlich, 1 Nadir)Laseraltimeter(Riegl LD90-3800-HiP-LR)(in Kabine über Bodenluke)

Gravimeter 1(L&R S-124)

+ INS

Gravimeter 2(KSS-31)

+ INS

GEOHALOInstrumentierungPlanung Kabinenlayout

LaseraltimeterRiegl LD90

Magnetometer(im PMS-Träger)

GNSS-EmpfängerNamuru V2JAVAD Triumph Duo G2D

GNSS-AntenneAntcom


GEOHALOFlugmission

MagnetfeldMagnetanomalienWorld Digital Magnetic Anomaly Map (Korhonen et al., 2007)


GEOHALOFlugmission

SchwerefeldSchwereanomalienModell EGM2008


GEOHALOFlugmission

SchwerefeldGeoidModell EGM2008


GEOHALOFlugmission

Oberpfaffenhofen


Nord‐Süd‐Profile: ~ 800 km (1 – 6)Kreuzungslinien Ost‐West (K)

Höhe: 2.000 – 2.500 mein Profil bei 15.000 m (H)

Geschwindigkeit bei Meßflügen:~ 400… 500 km/hTest auch bei höherer Geschwindigkeit (bis 800 km/h)

logistische Basis: Oberpfaffenhofen

Einrüstung: ~ 1 WocheMeßflüge: ~ 1 Woche

~ 30 Flugstunden

GEOHALOFlugmission




GFZ Potsdam / TU Dresden, 2008 – 2010 (3 Jahre)

Bereitstellung und vergleichende Analyse bereits vorhandener Datensätze− laufende Aktualisierung globaler Schwerefeldmodelle (EIGEN‐xxx)− Schwerefelddaten der neuen Satellitenmission GOCE

Adaption der Auswertealgorithmen / Software− kinematische GNSS‐Trajektorie− Ableitung der Schwereanomalien aus Rohdaten− regionale Geoidverbesserung− Untersuchungen zur Inversion Schwereanomalien Bathymetrie







GFZ Potsdam / ETH Zürich, 2009‐2010 (1 Jahr)

vorbereitende Arbeiten für Datenauswertung− FEM‐Modellierung der Verschiebungsfelder, Bestimmung der Strukturgeometrie− Potentialfelddaten für geodynamische Modellierung, Korrelation mit seismischen Daten








GFZ Potsdam / ETH Zürich, 2009‐2010 (1 Jahr)

vorbereitende Arbeiten für Datenauswertung− FEM‐Modellierung der Verschiebungsfelder, Bestimmung der Strukturgeometrie− Potentialfelddaten für geodynamische Modellierung, Korrelation mit seismischen Daten


wissenschaftliche Bearbeitung der DFGProjekte im Plan… (?)



koordinierte Arbeiten für GEOHALO‐Mission

Instrumentierung steht zur Verfügung− Erarbeitung der für Zertifizierung notwendigen Dokumentation− Realisierung notwendiger Modifikationen an den Geräten

Zertifizierung − bis auf Magnetometer alle Geräte innerhalb der Kabine

Finanzplanung− Flugstunden: DFG, GFZ (Konsortiumsanteil)−Missionsnebenkosten: Abstimmung mit DLR Flugbetrieb − GNSS‐Bodenstationen Griechenland

Kick‐Off‐Meeting: 2. Dezember 2009(ursprünglicher Termin 6.10.2009 musste seitens DLR verschoben werden)

ab 2010: Durchführung der Mission möglich!in Abhängigkeit von: Fortschritt Zertifizierungsprozess / Abstimmung mit DLR / HALO‐Zeitplanung



koordinierte Arbeiten für GEOHALO‐Mission

Instrumentierung steht zur Verfügung− Erarbeitung der für Zertifizierung notwendigen Dokumentation− Realisierung notwendiger Modifikationen an den Geräten

Zertifizierung − bis auf Magnetometer alle Geräte innerhalb der Kabine

Finanzplanung− Flugstunden: DFG, GFZ (Konsortiumsanteil)−Missionsnebenkosten: Abstimmung mit DLR Flugbetrieb − GNSS‐Bodenstationen Griechenland

Kick‐Off‐Meeting: 2. Dezember 2009(ursprünglicher Termin 6.10.2009 musste seitens DLR verschoben werden)

ab 2010: Durchführung der Mission möglich!in Abhängigkeit von: Fortschritt Zertifizierungsprozess / Abstimmung mit DLR / HALO‐Zeitplanung… Erfolg der DFGProjekte abhängig von

Realisierung der GEOHALOFlugmission!

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