Blinde Flecken sichtbar gemacht

Ein Abschmelzen der polaren Eisschilde hätte dramatische Folgen: Der Meeres­spiegel würde welt­weit um mehrere Meter ansteigen, Hunderte Millionen Menschen, die nahe der Küsten leben, wären betroffen. „Es ist daher eine der wichtigsten Fragen der Gegenwart, wie sich der Klima­wandel auf die polaren Gebiete auswirkt“, erklärt Marcello Passaro vom Deutschen Geo­dätischen Forschungs­institut der TUM. Doch gerade in den vereisten Regionen der Arktis und der Antarktis lassen sich bisher Veränderungen des Meeres­spiegels und der -strömungen nur sehr schwer erkennen. Der Grund: Die Radar­signale der Altimeter­satelliten, die seit mehr als zwei Jahr­zehnten den Abstand zur Erd- und Meeres­oberfläche vermessen, werden an den Polen vom Eis reflektiert. Das Wasser darunter bleibt somit unsichtbar.

Dabei tritt Meerwasser auch im Ewigen Eis entlang von Spalten und Öffnungen nach oben. „Diese Wasser­flächen sind jedoch sehr klein, und die Signale sind durch das umliegende Eis stark verfälscht. Standard-Auswerte­methoden, wie sie für Messungen über dem offenen Ozean verwendet werden, liefern hier keine zuverlässigen Ergebnisse“, erklärt Passaro. Zusammen mit einem inter­nationalen Team hat er jetzt ein Daten­analyse-Verfahren entwickelt, das den Blick der Radar­augen schärft.

Kernstück der virtuellen Kontaktlinse ist der adaptive Algorithmus ALES+, die Abkürzung steht für Adaptive Leading Edge Sub­wave­form. ALES+ identifiziert automatisch den Teil der Radar­signale, der vom Wasser reflektiert wird und leitet nur daraus die Meeres­höhen ab. Auf diese Weise lässt sich die Höhe des Meer­wassers, das in den Spalten und Öffnungen im Eis an die Oberfläche dringt, exakt vermessen. Aus dem Vergleich mit Messungen vergangener Jahre können Klima­forscher und Ozeano­graphen nun Rück­schlüsse auf Veränderungen des Meeres­spiegels und der Meeres­strömungen ziehen.

„Das besondere an unserem Verfahren ist, dass es adaptiv ist“, erklärt Passaro: „Wir können mit ein und demselben Algorithmus die Wasser­höhen im freien und eis­bedeckten Ozean bestimmen. Auch für Küsten­gewässer, Seen und Flüsse ist ALES+ einsetzbar. Die Signale sind hier sehr unterschiedlich, weisen aber immer bestimmte charakteristische Eigenschaften auf, die das System lernt.“ Die Wissen­schaftler konnten anhand eines Test­szenarios in der Grönland­see zeigen, dass ALES+ die Wasser­höhen für Meer­eis­regionen und den offenen Ozean liefert, die deutlich präziser sind als die Ergebnisse bisheriger Auswerte­verfahren.

TUM / DE