Observing Ocean Mass Variability with Spring Gravimeters – Storm Surge Induced Signals on the North Sea Island Helgoland Federgravimeter messen Massenverlagerungen im Ozean – Sturmflut-induzierte Signale auf der Nordseeinsel Helgoland

Adelheid Weise, Ludger Timmen, Zhiguo Deng, Gerald Gabriel, Christian Rothleitner, Manuel Schilling, Christian Voigt

Der Klimawandel wird mit Blick auf den weltweiten Meeresanstieg viel diskutiert. Zusätzlich werden Ozean-bezogene, durch die Atmosphärendynamik angetriebene Risiken verstärkt, das sind u. a. Die Gezeitenamplituden in Küstenregionen und Sturmfluten, die die Küsten und das einzigartige Wattenmeer in der Deutschen Bucht bedrohen. Die geodätische Erforschung der Ozeane allgemein und der Nordsee im Besonderen wird mit Altimetrie und der Satellitenmission GRACE-FO realisiert. Terrestrische geodä­tische Messungen werden zur Bereitstellung von Korrektionen und zur Validierung der Resultate benötigt. Diverse Methoden finden Anwendung zur Messung von Wasserspiegelvariationen (Pegel) sowie auflastinduzierten Deformationen (GNSS). Die Schlüsselfrage ist: Sind präzise kontinuierliche gravimetrische Beobachtungen sensitiv auf nicht gezeitenbedingte Auflasten des Ozeans auf den Meeresboden? Erstmalig wurden drei Federgravimeter in der Nordsee, auf der Insel Helgoland, installiert, um vorwiegend in den Wintermonaten 2018/2019 die Wirkung der umgebenden maximalen Wassermassenvariationen zu erfassen. Trotz der nichtlinearen instrumentellen Drift konnten Schwerevariationen von über 100 nm/s 2 * über Zeiträume von 1 – 3 Tagen signifikant separiert werden. Teilweise stehen sie im Zusammenhang mit windgetriebenen Wasserstandsänderungen, z. B. die Stürme Zeetje (1. 1. 2019) und Benjamin (8. 1. 2019), und den entsprechenden Windrichtungen. Ein einfaches, genähertes Modell der aus maximalem Wasserstandsanstieg von 2 m in der Deutschen Bucht geschätzten Wassermassenauflast stimmt bereits mit dem Attraktionseffekt und der vertikalen Bodenbewegung überein, wie sie in Schwere und mit GNSS beobachtet wurden. Das Fazit ist, dass es auf Helgoland gelungen ist, die nicht gezeitenbedingte Massenvariationen in der Nordsee und die damit einhergehende Krustendeformation gravimetrisch zu messen. Die Fortsetzung der Registrierungen in den Sturmsaisons ist dringend zu empfehlen. Ein iGrav-Superconducting-Gravimeter, das eine lineare, kleine instrumentelle Drift gewährleistet, wird für diese Aufgabe noch geeigneter sein. Schließlich wird dieses Experiment zu Ozeanmodellen mit gezeiten- und nicht gezeitenbedingten Varia­tionen sowie zu Reduktionsmodellen durch von der Atmosphäre bewirkte Effekte in Schwerefeldvariationen beitragen, welche aus der Satellitenmission GRACE-FO abgeleitet werden.
Schlüsselwörter: Federgravimeter, gezeiten- und nicht gezeitenbedingte Schwerevariationen, Massenverlagerungen in Ozeanen, Auflast der Nordsee, Krustendeformation, Windstau, Sturmflut

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