Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung (IPF)

AtmoWater: Hochauflösende atmosphärische Wasserdampffelder basierend auf satellitengeodätischer Erkundung, tomographischer Fusion und Atmosphärenmodellierung

Integrierte atmosphärische Laufzeitverzögerungen aus Persistant Scatterer Interferometry

Das AtmoWater-Projekt beschäftigt sich mit der räumlich-zeitlichen Verschmelzung von GNSS- und weltraumgestützten (In)SAR Signallaufzeitsverzögerungen aufgrund der Wasserdampfanteile mit regionalen Atmosphärenmodellen, wie dem Wetterforschungs- und Prognosemodell WRF in der erweiterten Forschungsversion ARW, mit dem spezifischen Ziel, die verfügbaren Messquellen zur Abschätzung der Variation von Wasserdampf im dreidimensionalen Raum und Zeit ("3D+time") zu bereichern.

Das IPF ist für die Analyse und Extraktion von atmosphärischem Wasserdampf mittels SAR/InSAR-Beobachtungen verantwortlich. Das Hauptziel ist es, unabhängige, echte 2D-Felder von SWD bereitzustellen, die mit GNSS-Daten und WRF fusionierbar sind. Bisher behandeln die meisten Studien in der Literatur atmosphärische Phasenbeiträge in SAR-Interferogrammen als Rauschquelle, die durch Filterketten oder Modellierungsansätze eliminiert werden muss. Um den Blickwinkel zu verändern, betrachten wir die atmosphärischen Phasenvariationen von InSAR als wertvolle Datenquelle für atmosphärische Studien, insbesondere zur Beobachtung von atmosphärischem Wasserdampf. Dies ist durch die hohe räumliche Auflösung der InSAR-Beobachtungen über weite Bereiche hinweg möglich.

Unser Ansatz erfordert eine Umwandlung der interferometrischen Phase in absolute Signalverzögerungen. Dementsprechend liegt der methodische Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Erprobung und Validierung von drei verschiedenen Methoden zur Berechnung absoluter Signalverzögerungen.  Voraussetzung für den Ansatz ist, dass andere Phasenbeiträge in den SAR-Interferogrammen entweder vernachlässigbar sind oder mit ausreichender Genauigkeit modelliert werden können. Wir werden Bodenverschiebungskarten aus permanentem GNSS und Nivellierung (Fuhrmann et al. 2013; 2015) verwenden, um die Phasenkomponente durch Verformung zu reduzieren. PSI sowie Small Baseline Subset Processing (SBAS) werden zur Aufteilung atmosphärischer Komponenten eingesetzt, wenn eine optimierte PS-Verarbeitungsstrategie erforderlich ist. Eine bestimmte Dichte von permanenten Streuern (PS-Punkte) ist erforderlich, (i) um das Abwickeln zu erleichtern, (ii) um das Risiko von Aliasing-Effekten in den Atmosphärensignalen zu verringern und (iii) um die Interpolation der gestreuten PS-Punkte auf das regelmäßige horizontale Gitter von WRF- und/oder GNSS-Positionen zu erleichtern.

Ziel ist es, verschiedene Datensätze aus verschiedenen Frequenzbändern (nämlich X- und C-Band) zu verarbeiten. Bisher haben wir C-Band-Stapel aus dem ESA-Archiv für die Region Oberrhein gebaut. Die Anzahl der verfügbaren Szenen ist: 56 (ERS 1,2 descending orbit), 24 (ERS 1,2 ascending orbit), 19 (ENVISAT descending), 20 (ENVISAT ascending) und aktuell 81 /92 (Sentinel, Akquisition fortgesetzt, Orb 88 /139 asc. /desc. respektive).  Es ist geplant, neue SAR-Szenen zum Zwecke der absoluten Entfernungsmessung zu erfassen. Für ein geeignetes Zielgebiet im südlichen Teil der URG wird ein Stapel von 30 TerraSAR-X-Stripmap-Szenen aufgebaut. Wir werden auch testen, ob die präzisen Orbitdaten dieser Mission sowie die Stabilität des Radarsystems auch mit C-Band-Daten eine absolute Distanzmessung ermöglichen. Um diese Möglichkeit offen zu halten, ist geplant, im Zielbereich Corner-Reflektoren zu installieren, die in beiden Frequenzbändern funktionsfähig sind. Die Dual-Use Cornder-Reflektoren werden an die verfügbaren permanenten GNSS-Standorte, die von den Radarszenen abgedeckt werden, angekoppelt.