Meeresspiegelmonitoring

Informationen zum Meeresspiegel sind für Infrastrukturprojekte im Küsten- und Offshore-Bereich – insbesondere den Küstenschutz - von unmittelbarer praktischer Bedeutung. In der Geodäsie ist der Meeresspiegel von zentraler Bedeutung zur Festlegung des Nullniveaus für Höhenangaben (DHHN).

Der Wasserstand unserer Meere unterliegt jedoch ständigen Veränderungen mit einer zeitlichen Spanne von einigen Stunden – beispielsweise durch den Wechsel der Gezeiten - bis hin zu Jahrhunderten – verursacht durch den globalen Klimawandel (Umwelt und Klima). Seit Anfang der 1990er Jahre messen Altimetersatelliten die Meeresspiegelhöhen und seiner Änderungen mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich. Am BKG werden aus diesen Messungen die folgenden Produkte abgeleitet.

Mittlere Meeresspiegelhöhe als Höhenbezugsfläche

Höhenbezugsflächen

Je nach Anwendungsgebiet werden drei unterschiedliche Definitionen zur Beschreibung der Form der Erde verwendet und als Referenzfläche genutzt:

• der Mittlere Meeresspiegel, die natürliche Grenzfläche zwischen Ozean und Atmosphäre
• das Geoid, die physikalische Definition der Erdfigur - eine Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes in Höhe des mittleren Meeresspiegelniveaus und
• das Ellipsoid, die mathematische Definition der Form der Erde, die im globalen Mittel mit dem Geoid übereinstimmt.

Diese Flächen zu bestimmen und konsistent zwischen ihnen umrechnen zu können ist eine zentrale Aufgabe des Referates „Integrierter Raumbezug“ des BKG.
Der Höhenunterschied zwischen dem Geoid und dem mittleren Erdellipsoid wird durch die unregelmäßige Verteilung von Massen verursacht (Topographie und Dichteunterschiede im Erdinneren) und variiert in Deutschland zwischen 34 m im Ostseeraum und 50 m in den Alpen (Höhenbezugsflächen GCG).
Den Höhenunterschied zwischen dem Mittleren Meeresspiegel und dem Geoid entsteht durch dynamische Prozesse in Ozean und Atmosphäre, wie Ozeanströmungen, Dichtevariationen durch Unterschiede in Temperatur und Salzgehalt oder die Großwetterlage und die damit verbundene Windrichtung. In den deutschen Meeresgebieten (AWZ) können diese Höhendifferenzen mehrere Dezimeter betragen.

Das Produkt "Mittlere Meeresspiegelhöhe" beschreibt den langzeitigen Mittelwert des Wasserstandes über dem Geoid/Quasigeoid als geodätische Höhenbezugsfläche. Sie basiert auf Messungen der Satellitenaltimetrie seit 1992 und bezieht sich auf die Referenzepoche 2008.45 (Juni 2008 - entsprechend der mittleren Messepoche des DHHN2016). Das Produkt beinhaltet zwei Varianten für unterschiedliche Anwendungsbereiche:

1. Für Anwendungen im amtlichen deutschen Höhensystem (Höhenbezugsfläche GCG2016)
2. Für grenzübergreifende wissenschaftliche Anwendungen (gravimetrische Höhenbezugsfläche - Geoid)

Die Unterschiede liegen im Bereich weniger Zentimeter.

Mittlere Meeresspiegelhöhe über der Höhenbezugsfläche

Mittlere Meeresspiegelhöhe über dem gravimetrischen Geoid

Meeresspiegeländerungen

Der Meeresspiegelanstieg ist eine der prominentesten Folgen des globalen Klimawandels. Laut Weltklimarat IPCC ist der Meeresspiegel im letzten Jahrhundert um rund 20 cm im globalen Mittel gestiegen und in absehbarer Zukunft wird sich diese Rate noch weiter beschleunigen. Doch der Meeresspiegel steigt nicht überall gleich schnell: Schmelzende Eismassen und die thermische Ausdehnung des Ozeanwassers haben ganz bestimmte räumliche Muster und werden regional noch von einer Reihe weiterer Prozesse überlagert. Das Meeresspiegelmonitoring des BKG konzentriert sich daher auf den Bereich der Nord- und Ostsee. Durch den regionalen Fokus mit genaueren, hochaufgelösten Modellen und speziell angepassten Auswertemethoden werden so verlässliche Beobachtungen der Meeresspiegeländerungen an unseren Küsten zur Verfügung gestellt.

Das Produkt „Zeitreihen der Meeresspiegelhöhen“ beinhaltet den mittleren Wasserstand eines Gebietes und beschreiben dessen zeitliche Variationen seit 1992. Es umfasst das Gesamtgebiet der Nord- und Ostsee und entsprechende Teilgebiete im Bereich der deutschen AWZ. Sie sind abgeleitet aus Messungen der Satellitenaltimetrie und besitzen eine zeitliche Auflösung von 10 Tagen.

Zeitreihen der Meeresspiegelhöhen für Nord- und Ostsee

Datengrundlage

Das Meeresspiegelmonitoring basiert auf den Beobachtungen unterschiedlicher Altimetersatelliten, die die Meeresoberfläche seit 1992 regelmäßig mit Zentimetergenauigkeit vermessen. Die Satellitendaten werden von unterschiedlichen Weltraumorganisationen wie ESA, NASA oder CNES generiert und vom Radar Altimeter Database System (RADS) in einem homogenisierten Format bereitgestellt. Am BKG werden diese Beobachtungen durch regionale Modelle ergänzt, kalibriert und schließlich entsprechende Produkte für Nord- und Ostsee abgeleitet.

Zur Qualitätskontrolle wurden die Ergebnisse mit Pegelmessungen an den Küsten und im Offshore-Bereich sowie mit schiffsgestützten Meeresspiegelmessungen verglichen.

nach oben