Geodätisches Institut (GIK)

Physikalische Geodäsie

Ein besonderer Schwerpunkt der Forschung zur Bestimmung und Beschreibung des Schwerefeldes der Erde am GIK waren Beiträge zur verbesserten Lösungen des Geodätischen Randwertproblems. Da das Geodätische Randwertproblem in der Formulierung nach Molodensky wegen der Komplexität der Randfläche – der Erdoberfläche – keine geschlossene analytische Lösung zulässt, werden bei der praktischen Berechnung des Quasigeoids verschiedene Approximationen eingeführt. Mit den international beachteten Arbeiten am Lehrstuhl konnten die durch Linearisierung, sphärische und planare Approximation entstehenden Approximationsfehler untersucht und numerisch abgeschätzt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeiten werden heute bei den von verschiedenen Institutionen durchgeführten Berechnungen hochgenauer Quasigeoidhöhen berücksichtigt.

Ein zweiter Schwerpunkt war und ist bis heute der Modellierung der Wirkungen topographischer Massen und isostatischer Kompensationsmassen auf das Schwerefeld der Erde gewidmet. Topographische und isostatische Reduktionen sind im Zusammenhang mit der hochgenauen Geoid- und Quasigeoidbestimmung zu berücksichtigen, was bei traditionellen Verfahren zu einem sehr hohen Rechenaufwand führt. Die am Lehrstuhl begründete und fortentwickelte sog. Tesseroidmethode wurde international mit großem Interesse aufgenommen und wird inzwischen von vielen Arbeitsgruppen als Standard eingesetzt.

Die Ergebnisse dieser Arbeiten fließen in eine praktische Berechnung des Quasigeoids von Baden-Württemberg ein, die in Kooperation mit dem LGL durchgeführt wird.

In jüngsten Arbeiten der Arbeitsgruppe Physikalische Geodäsie wird ein inverser Tesseroidansatz verwendet um aus den Monatslösungen der GRACE Schwerefeldmission globale Wasserzirkulationen in Form von Wassersäulenhöhen abzuleiten.

Die Vereinigung von Landeshöhensystemen und die Schaffung eines einheitlichen vertikalen Höhenreferenzsystems steht seit einigen Jahren im Fokus der Arbeiten der IAG. Ein einheitliches, globales, hochgenaues Höhensystem ist zwingend erforderlich, um z. B. die durch den globalen Wandel verursachten Bewegungen des Meeresspiegels erfassen und quantifizieren zu können. Diese Aufgabe führt methodisch zu einer Erweiterung der Geodätischen Randwertaufgabe. Ein aktueller Schwerpunkt, dem immer mehr Bedeutung zukommen wird, ist die Anwendung der Varianzfortpflanzung auf verschiedenste funktionale Zusammenhänge im Rahmen der Physikalischen Geodäsie.

On this picture you can see the geoid that was computed for Africa.
Höhenbezugsfläche für Afrika

Seit mehreren Jahren besteht eine intensive Zusammenarbeit mit Prof. Hussein Abd-Elmotaal aus Minia, Ägypten und der Arbeitsgruppe Physikalische Geodäsie des GIK.

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This picture shows the geometry of a tesseroid.
Tesseroidmethode

Die am Lehrstuhl begründete und fortentwickelte sog. Tesseroidmethode verbessert die Rechenzeiten topographischer und isostatischer Reduktionen und wird international genutzt.

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This picture shows Bouger anomalies for the Saarland in Germany.
Regionale Schwerefeldmodellierung

Die Interpretation von Bougeranomalien im Rahmen der Prospektion ermöglicht die Lokalisierung der Lagerstätten von Rohstoffen, welche durch ihren Dichtekontrast in den Bougueranomalien hervortreten.

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This picture shows the global Rock-Water-Ice gravity model.
Globales topographisch-isostatisches Modell

Das so genannte Rock-Water-Ice Modell (RWI-Modell) ist ein Dreischichtmodell der Topographie mit variablen Dichtewerten und einem modifizierten Airy-Heiskanen-Ansatz unter Einbeziehung seismischer Moho-Tiefen.

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This picture shows a variance-covariance matrix of a gravity field model.
Quantifizierung von Unsicherheiten in der Schwerefeldmodellierung

Erhöhte Rechenleistungen und Arbeitsspeicherverfügbarkeiten machen die Quantifizierung von Unsicherheiten in der Schwerefeldmodellierung in Form einer Varianzfortpflanzung möglich.

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Weitere Forschungsgebiete

  • Ellipsoidische und topographische Effekte im skalar freien geodätischen Randwertproblem
  • Ellipsoidische Effekte beim inversen Stokes-Problem
  • Studien zur Festlegung des vertikalen Datums
Hansjörg Kutterer
Hansjörg Kutterer
Universitätsprofessor, Sprecher der kollegialen Institutsleitung

+49 721 608-43674hansjoerg kuttererApz3∂kit edu11201.90 Campus Süd