Gravimetrie

1. Gravimetrie ReferatG4: Metrologieder Schwere mitBeiträgen des GFZ, Sektion 5.4 Hydrologie

2. Aufgaben des Referats G4 • Sicherung der Schwerereferenz und Metrologieim Rahmen der Zusammenarbeit zwischen IAG und CIPM (International CommitteeforWeightsandMeasures) • Messungen in Schwerereferenznetzen • Analyse zeitlicher Schwerevariationen Ressourcen: • 5 Absolutgravimeter FG5 und A10 • 5 Supraleitende Gravimeter in Wettzell, Bad Homburg, Medicina und Concepcion (Chile) • Schwerereferenz- und Vergleichsstationen (Wettzell, Bad Homburg) • AGrav: Entwicklung und Betrieb der Internationalen Datenbank für Absolutschweredaten

3. Komplementäre Instrumentelle Charakteristik Absolutgravimeter (AG) Supraleitendes Gravimeter (SG) • relatives Schwereänderungen • Genauigkeit: < 0.1 nm/s2 • Hohe zeitliche Auflösung • Kontinuierliche Registrierung • Absolute Schwere basierend auf physikalischen Standards • Keine Drift • Genauigkeit: ± 20 nm/s2 • Beobachtung zu Epochen • Geringe und stabile Drift • Kalibrierung erforderlich • Regelmäßige Kontrolle erforderlich • Stabilität nach Wartung/ Kampagnen? Kombination: Kontinuierliche Schwereänderungen mit höchster Auflösung und Langzeitstabilität

4. Supraleitende Gravimeter: Kontinuierliche Messung zeitlicher Schwereänderungen GWR SG030 • Simultane Bestimmung von Drift des SG und AG offsets • Maßstab des SG aus Kollokation AG/SG (Gezeitensignal) • Stabile Zeitreihe der Schwereänderungen • Referenzfunktion für Vergleiche von AG (CRF) Schwerevariationen des SG029 in Wettzellnach Reduktion der Effekte von Atmosphäre Polbewegung und Analyse der Gezeiten; Restsignal verursacht durch Änderungen im Wasserspeicher

5. SG Pfeiler FG5-233 FG5-220 FG5-215 FG5-101 AG Pfeiler Grundriss Geodätisches Observatorium Wettzell: Eine metrologische Referenzsstation für AG RegionaleVergleiche von Absolutgravimetern(RICAG) Nov. 2010 / Feb 2013:Fünf FG5 ausdreiLändern (Tschech. Republik, Deutschland, Schweden) GWR SG030

6. Übereinstimmung der Ergebnisse unterschiedlicher AG Vergleiche RegionaleVergleiche (z.B. Wettzell) ergänzen die internationalenVergleiche RICAG2010 Wettzell RICAG2013 Wettzell ECAG2011Walferdange (Luxemburg)

7. Absolute Schweremessungen in Referenznetzen A10-Messungen in Deutschland im Zeitraum 2008-2013 (Genauigkeit +/- 10 µgal) Geodätische Grundnetzpunkte ( SN und SN-A 2013) Punkte des Deutsches Haupthöhennetz DHHN2012 Punkte auf gravimetrischen Eichlinien Punkte des ALPQuakeNet

8. AGrav-Datenbank mit Web-Applikation und interaktiver Karte OffizielleDatenbank des BGI, zweigespiegelte ServerBGI Toulouse (F): http://bgi.dtp.obs-mip.frBKG Frankfurt (D): http://agrav.bkg.bund.de • Mehrals 40 Institutionenweltweithabenbeigetragen: • 970 AG Stationen • 3000 Beobachtungs- epochen • Neues Web-Interface in Entwicklung: • InteraktiveKarte • Plot von Zeitreihen

9. Kooperation zwischen GFZ und BKGauf dem Gebiet der Gravimetrie • Vorbereitung eines neuen IAG-Dienstes „IGETS (International GGP and Earth Tides Service)“ mit Beteiligung von GFZ und BKG; Kooperation bei der Nutzung von Daten aus den AGrav- und ISDC-Datenbanken • Hydrologische Untersuchungen auf der geodätischen Referenzstation Wettzell und Erfassung induzierter Schwerevariationen im erweiterten Stationsbereich; in Kooperation mit GFZ (Sektion 5.4 Hydrologie, Dr. Güntner) • Interpretation gravimetrischer Zeitreihen auf der Station TIGO Concepcion (Chile) und Fortsetzung der Zusammenarbeit bei der Vorbereitung der neuen Station La Plata (Argentinien); in Kooperation mit GFZ (Sektion 5.4 Hydrologie, Dr. Güntner) • Absolutschweremessungen an den Standorten des GFZ mit Supraleitenden Gravimetern zur Driftbestimmung und Kalibration der SG-Datenreihen • Gemeinsame Beantragung eines DFG-Projektes zum Vergleich terrestrischer Schwereänderungen aus SG Zeitreihen mit Satellitenschwerefeldmodellen aus der GRACE-Mission, zusammen mit den Universitäten Bonn und Jena

10. Vorbereitung des IAG Dienstes IGETS (International Gravity and Earth Tides Service) • Nachfolge des Global Geodynamics Project (GGP) • SG-Daten: Im ISDC des GFZ • Neuen Produkte: Drift-korrigierte und kalibrierte Zeitreihen anhand von Absolutschweremessungen aus der Datenbank AGrav  Zusammenführung der Daten aus beiden Quellen notwendig D. Crossley: Update on GGP-ICET Developments, Mai 2014

11. Hydrologie-Projekt Wettzell Übersichtsplan Hydrologische Sensoren und Geoelektrische Profile am Geodätischen Observatorium Wettzell • Kontinuierliche Schweremessungen seit 1999 mit SG029, seit 05/2010 mit SG030 (Neues Gravimeterhaus), zusätzlich seit 08/2012 mitSG029 am alten Standort • Installation und Betrieb hydrologischer Sensoren seit 2008 durch GFZ/Sektion 5.4 Lysimeter

12. Modellierung der SchwerewirkunglokalerWasserspeicheränderungen • Kooperation mit Sektion 5.4, Hydrologie, Andreas Güntner • Installation von Sensoren zur Erfassung hydrologischer Parameter: • Bodenfeuchte • Schnee • Grundwasser • Installation eines Lysimeter zur präzisen Erfassung der Wassermasse

13. Modellierung der Schwerewirkung lokaler Wasserspeicheränderungen auf das SG • Nachweis lokaler Wasserspeicheränderungen als Ursache für lokale Schwereänderungen • hohe Übereinstimmung mit residualer Schwerezeitreihe (SG029) hydrological model Creutzfeldt et al., 2010 (GJI)

14. Untersuchung zur Regionalisierung von hydrologischen Signalen in Schweremessungen • Fortführung der lokalen hydrologischen Modellierung, Installation von Bodenfeuchtesensoren Neues Gravimeterhaus • Parallelbetrieb von SG (SG030 und SG029) an zwei Standorten auf der Station • Wiederholungsmessung mit dem Absolutgravimeter A10 auf ca. 10 vermarkten Punkten im engeren (ca. 1 km) und weiteren (ca. 10 km) Stationsumfeld • Bodenfeuchtemessungen am A10-Punkten • Installation des transportablen SG (iGrav) auf Stationsgelände • Beitrag zur Interpretationterrestrischer Schwerezeit-reihen im Vergleich mit GRACE Schwerefeldern Neues Gravimeterhaus: SG030 ca. 250m Altes Gravimeterhaus: SG029

15. Schweremessungen an der Station TIGO/Concepcion (CL) • SG 038 seit 12/2002 • FG5-227: 05/2006 – 05/2013 SG038 FG5-227 und FG5-101 (Apr 2010)

16. Schwerevariationen in TIGO/Concepcion (CL) Untersuchung lokaler Wasserspeicheränderungen als Ursache für residuale Schwerevariationen von bis zu 30 µGal!

17. Installation hydrologischer Sensoren an der Station TIGO/Concepcion Grundwassermessstelle Bodenfeuchtesensoren Klimastation (seit 04/2012) TDR cluster mit ca. 40 Sensoren bis zu einer Tiefe von 3.5 m

18. Gravity variationsat Concepción - Localhydrology - SG038 Soilmoisture Siltyloam Clayeyloam 3,5m Weathered Granite 22m Granite Gravity (μGal) Vadose Zone SG gravityresiduals Soilmoisture (observed) Soil moisture + groundwater (observed) Soil moisture + groundwater (observed) + vadose zone (simulated by hydrological model) Groundwater

19. Absolutschweremessungenauf der Station Sutherland / Südafrika • Absolutschweremessungen auf SG-Stationen: Bestimmung von Maßstab und Drift der SG • Separation von Trends und instrumenteller Drift erfordert wiederholte AG-Messungen • Messung mit FG5-301 des BKG im November 2011

20. Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit! Kontakt Bundesamt für Kartographie und Geodäsie Referat G4 Richard-Strauss-Allee 11 60598 Frankfurt www.bkg.bund.de Ansprechpartner Herbert Wilmes herbert.wilmes@bkg.bund.de Tel. +49 (0) 69 6333-252 • Helmholtz-Zentrum Potsdam • GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum • Sektion 5.4 Hydrologie • Telegrafenberg • 14473 Potsdam • www.gfz-potsdam.de/ • Andreas Güntner • guentner@gfz-potsdam.de • Tel: +49 (0) 331 288-1559 • Hartmut Wziontek • hartmut.wziontek@bkg.bund.de • Tel. +49 (0) 341 5634-256