Schätzung und Korrektur der eindringinduzierten Höhenabweichung in interferometrischen X-Band SAR Höhenmodellen zur Detektion von Höhen- und Massenänderungen des grönländischen Eisschildes

• Antragstellerin: Dr. Sahra Abdullahi
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457342986

Die zunehmende Klimaerwärmung führt zu dramatischen Veränderungen der Kryosphäre, wobei insbesondere der grönländische Eisschild in den vergangenen Jahrzehnten erheblich an Masse verloren hat. Prognosen deuten darauf hin dass sich dieser Trend in Zukunft weiter verstärken wird, wobei der infolgedessen ansteigende globale Meeresspiegel weitreichende Konsequenzen für Mensch und Umwelt hat. Der Grad der Unsicherheit ist dabei aufgrund von stark variierender Datenverfügbarkeit und -qualität über den Zustand und die Entwicklung der Eisschilde hoch. Zur Verbesserung der Prognosefähigkeit und zur Entwicklung von Abschwächungs- und Bewältigungsstrategien werden verlässliche Informationen dringend benötigt. In diesem Zusammenhang bietet die satellitengestützte Fernerkundung eine geeignete und kosteneffiziente Möglichkeit der Datenerfassung. Insbesondere die Single-Pass SAR (Synthetic Aperture Radar) Interferometrie weist aufgrund der wetter- und beleuchtungsunabhängigen sowie flächendeckenden Informationserhebung mit hoher räumlicher Auflösung bedeutende Vorteile auf. Die TanDEM-X Mission ermöglicht erstmals eine global konsistente Höhenmessung mit einer räumlichen Auflösung von 0,4 Bogensekunden. Jedoch stellt das Eindringen der Radarsignale bis mehrere Meter unter die Eisschildoberfläche eine erhebliche Herausforderung bei der Nutzung dieser Höhendaten für die Kryosphären- und Klimafolgenforschung dar.Vor diesem Hintergrund ist das zentrale Ziel des Vorhabens die Schätzung und Korrektur der eindringinduzierten Höhenabweichung in interferometrischen X-Band SAR Höhenmodellen zur präzisen Detektion von Höhen- und Massenänderungen. Dabei wird ein generischer Ansatz angestrebt, um den grönlandweiten Datenbestand an TanDEM-X Höhenmodellen zu korrigieren und Höhen- sowie Massenänderungen der vergangenen Dekade mit hoher Genauigkeit abzuleiten. Die eindringinduzierte Höhenabweichung soll mit Hilfe eines pixelbasierten Ansatzes auf Basis der interferometrischen Kohärenz und der Rückstreuintensität unter Einsatz von nicht-linearen Regressionsmodellen und Neuronalen Netzwerken geschätzt werden. Dabei bildet eine homogenisierte Datenbasis an Oberflächenhöhen überwiegend aus Laseraltimeterdaten die Grundlage für die Modellkalibrierung und -validierung. Da sowohl die Aufnahmeparameter als auch die Schnee- und Eiseigenschaften die eindringinduzierte Höhenabweichung signifikant beeinflussen, sollen Sensitivitätsanalysen bezüglich der radiometrischen Kalibrierung, der Aufnahmegeometrie, dem Aufnahmezeitpunkt sowie der lokalen Topographie durchgeführt werden, um den Einfluss der einzelnen Parameter auf das Modell und die Schätzgüte zu evaluieren. Über das Vorhaben hinaus ermöglicht die räumliche und zeitliche Übertragbarkeit des angestrebten Ansatzes potenziell auch das Monitoring der Antarktis, der arktischen Eiskappen sowie der vergletscherten Hochgebirge, als auch eine Anwendung auf zukünftige Single-Pass SAR Interferometrie Missionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen