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Validierung von Bodenradar-Messungen (GPR) der Eis- und Schneedicke auf ein- und mehrjährigem Meereis in Arktis und Antarktis

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Otto, D. (2004): Validierung von Bodenradar-Messungen (GPR) der Eis- und Schneedicke auf ein- und mehrjährigem Meereis in Arktis und Antarktis , Diplom thesis, TU Clausthal, Diplomarbeit.
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Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendbarkeit des Radarverfahrens zur Bestimmung der Dicke ein- und mehrjährigen Meereises unter winterlichen Bedingungen zu untersuchen. Dazu wurden 100-200 m lange Profile auf unterschiedlichsten Eisschollen in der Arktis und Antarktis mit verschiedenen Frequenzen vermessen und mit elektromagnetischen Induktionsmessungen und Eisdickenbohrungen verglichen. Die Radardaten wurden mit angepassten Standardmethoden prozessiert.Die Dicke einjährigen Meereises konnte nicht bestimmt werden, da die Leitfähigkeit einjährigen Meereises, wie an entsprechenden Eiskernen bestimmt wurde, zu hoch und damit die Dämpfung der Radarwellen zu stark ist. Die Dicke mehrjährigen Meereises, welches eine weitaus geringere Leitfähigkeit besitzt, konnte jedoch mit Antennen der Frequenzen 500 und 800 MHz sehr gut bestimmt werden. Die so ermittelte mittlere Eisdicke stimmte über ein Profil betrachtet bis auf plus/minus 10 cm mit der mittleren erbohrten Eisdicke überein und lag damit innerhalb der Genauigkeit der elektromagnetischen Induktionsmessungen, welche allerdings die Eisdicke jeweils leicht unterschätzt haben. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radarwellen im Meereis wurde aus Temperatur- und Salzgehaltsprofilen von entsprechenden Eiskernen ermittelt, sie variierte nur wenig zwischen 0.154 und 0.158 m/ns.Zusätzlich konnte die Schneedicke auf Meereis mit der 800-MHz-Antenne bestimmt werden, sobald eine minimale Schneebedeckung von ungefähr 7 cm, was in etwa einem Viertel der Wellenlänge entspricht, vorlag. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radarwellen im Schnee wurde durch eine CMP-Messung zu 0.218 m/ns bestimmt. Aus unabhängigen Messungen der DK im Schnee wurden davon leicht abweichende Geschwindigkeiten zwischen 0.219 und 0.240 m/ns berechnet. Die mit diesen Geschwindigkeiten über ein Profil berechnete mittlere Schneedicke wich bei allen 6 Profilen in der Antarktis um maximal 3 cm von der mittleren direkt gemessenen Schneedicke ab, in der Arktis betrug die Abweichung maximal 7 cm.

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