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massenbilanz
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GRACE-derived land-hydrological mass changes and their impact on relative sea-level variations
Kurzfassung
Mit dem Start der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) wurde es erstmals möglich, großräumige Massenvariationen im System Erde aus Änderungen in der Erdanziehungskraft zu bestimmen. Im Rahmen der Klimawandeldebatte nimmt dabei der anhaltende Eismassenverlust in den polaren Gebieten der Erde eine besonders bedeutende Stellung ein. Dieser Beitrag präsentiert eine robuste und geradlinige Vorgehensweise zur Bestimmung von Massenänderungen aus zeitvariablen Schwerefeldern. In diesem Zusammenhang spielt der Umgang mit Kriecheffekten (leakage) eine maßgebliche Rolle. Darüber hinaus widmen wir uns der Frage, auf welche Art und Weise der säkulare Trend in den Zeitreihen modelliert werden sollte. Unsere Analyse einer Serie monatlicher Schwerefelder über den Zeitraum März 2003 bis Februar 2009 zeigt, dass sich der jährliche Eismassenschwund über Grönland mit einer Rate von +21.3±3 Gt/yr2 beschleunigt hat. Das Resultat zunehmender Eisschmelze erweist sich als signifikant im Rahmen der durchgeführten statistischen Tests. Der Zufluss von Schmelzwasser in die Ozeane bedingt naturgemäß einen Anstieg des Meeresspiegels. Ausgedrückt in räumlich gleichförmiger Ausprägung liefern Grönland und die Antarktis mit +0.56±0.01 mm/yr beziehungsweise +0.50± 0.07 mm/yr derzeit den primären Beitrag. Die Annahme einer auf die Ozeane aufgetragenen konstanten Schicht ist indessen ungenügend. Aufgrund der globalen Massen-Neuverteilung resultiert eine regional sehr unterschiedlich ausgeprägte Variation des relativen Meeresspiegels. Aus diesem Grund müssen sowohl der gravitative Rückkopplungseffekt als auch der Auflasteffekt berücksichtigt werden.
Abstract
The GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission allows inference of mass variations on, above and beneath the Earths surface from gravitational signatures in space. We present a robust and straightforward procedure to derive mass changes from time-variable gravity field estimates. We outline our solution to the leakage problem and shed light on linear versus accelerated secular-change modeling. Based on a six-year gravity field time-series from March 2003 to February 2009, we provide detailed analysis of two selected areas, Greenland and the Orinoco Basin. As a result, annual Greenland mass loss accelerated by +21.3 ±3 Gt/yr2 during the six-year period. Furthermore, we show the impact of recent ice melting on global relative sea level. In terms of uniform change, the contributions of Greenland and Antarctica are +0.56±0.01 mm/yr and +0.50±0.07 mm/yr, respectively. However, we prove that simplistic uniform modeling of sea-level variations is insufficient as it disregards the gravitational feedback effect caused by mass redistribution.
Mit dem Start der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) wurde es erstmals möglich, großräumige Massenvariationen im System Erde aus Änderungen in der Erdanziehungskraft zu bestimmen. Im Rahmen der Klimawandeldebatte nimmt dabei der anhaltende Eismassenverlust in den polaren Gebieten der Erde eine besonders bedeutende Stellung ein. Dieser Beitrag präsentiert eine robuste und geradlinige Vorgehensweise zur Bestimmung von Massenänderungen aus zeitvariablen Schwerefeldern. In diesem Zusammenhang spielt der Umgang mit Kriecheffekten (leakage) eine maßgebliche Rolle. Darüber hinaus widmen wir uns der Frage, auf welche Art und Weise der säkulare Trend in den Zeitreihen modelliert werden sollte. Unsere Analyse einer Serie monatlicher Schwerefelder über den Zeitraum März 2003 bis Februar 2009 zeigt, dass sich der jährliche Eismassenschwund über Grönland mit einer Rate von +21.3±3 Gt/yr2 beschleunigt hat. Das Resultat zunehmender Eisschmelze erweist sich als signifikant im Rahmen der durchgeführten statistischen Tests. Der Zufluss von Schmelzwasser in die Ozeane bedingt naturgemäß einen Anstieg des Meeresspiegels. Ausgedrückt in räumlich gleichförmiger Ausprägung liefern Grönland und die Antarktis mit +0.56±0.01 mm/yr beziehungsweise +0.50± 0.07 mm/yr derzeit den primären Beitrag. Die Annahme einer auf die Ozeane aufgetragenen konstanten Schicht ist indessen ungenügend. Aufgrund der globalen Massen-Neuverteilung resultiert eine regional sehr unterschiedlich ausgeprägte Variation des relativen Meeresspiegels. Aus diesem Grund müssen sowohl der gravitative Rückkopplungseffekt als auch der Auflasteffekt berücksichtigt werden.
Abstract
The GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission allows inference of mass variations on, above and beneath the Earths surface from gravitational signatures in space. We present a robust and straightforward procedure to derive mass changes from time-variable gravity field estimates. We outline our solution to the leakage problem and shed light on linear versus accelerated secular-change modeling. Based on a six-year gravity field time-series from March 2003 to February 2009, we provide detailed analysis of two selected areas, Greenland and the Orinoco Basin. As a result, annual Greenland mass loss accelerated by +21.3 ±3 Gt/yr2 during the six-year period. Furthermore, we show the impact of recent ice melting on global relative sea level. In terms of uniform change, the contributions of Greenland and Antarctica are +0.56±0.01 mm/yr and +0.50±0.07 mm/yr, respectively. However, we prove that simplistic uniform modeling of sea-level variations is insufficient as it disregards the gravitational feedback effect caused by mass redistribution.
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VGI_201107_Baur.pdf
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