Hochauflösendes, flugzeuggestütztes FMCW-Radargerät zur Bestimmung interner Eisschichtungen in den oberen 200 m polarer Eisschilde


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Daniel.Steinhage [ at ] awi.de

Abstract

Für Massenbilanzstudien und dem Verständnis des Paläoklimas sind Kenntnisse über die Verteilung des Eises in den Polarregionen sowie der Aufbau der großen Eisschilde der Antarktis und Grönlands unerlässlich. Da Eis zu dem in seinen eingeschlossenen Gasblasen als einziges Klimaarchiv Proben der Paläoatmosphäre beinhaltet, ist es für verlässliche Aussagen über das Paläoklima wichtig, Eiskerne aus einer ungestörten Umgebung beproben zu können. Seit Mitte der 70-ziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts werden Radarsysteme erfolgreich und intensiv zur Kartierung der Eismächtigkeiten der polaren Eisschilde und deren inneren Aufbaus von Schlitten und Flugzeugen aus eingesetzt [3]. So zum Beispiel bei der Vorerkundung für eine Eiskerntiefbohrung in Dronning Maud Land, Antarktis [10], der Kompilierung kontinentaler Datensätze für Karten und die Modellierung der Eisschilde [7],[5] und ihres Verhaltens auf klimatische Änderungen. Zur Untersuchung der Eisschilde wie auch von Schelfeisen und Gletschern werden verschiedenste Radarsysteme eingesetzt. Sowohl Pulsradarsysteme [8] für die Kartierung der bis zu 4000 m mächtigen Eisschilde der Antarktis und Grönlands kommen zum Einsatz, als auch Stepped Frequency und Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Radarsysteme um die Schichtungen im bis zu einigen 100 m mächtigen Firn im oberen Bereich dieser Eisschilde zu detektieren. Leitfähigkeitsänderungen des Eises und Sprünge in der Dielektrizitätskonstanten, die zu Reflexionen von elektromagnetischen Wellen führen, können an Eiskernen mittels „dielectric profiling“ (DEP) sehr genau gemessen werden [12]. Auch die Akkumulationshistorie ist aus Untersuchungen von Eiskernen bekannt [2]. Somit besteht die Möglichkeit die vom Radar detektierten Horizonte an den Eiskernen exakt einzuhängen [4] und somit die punktuell bestimmten Zutragsraten entlang von Radarprofilen zu extrapolieren [11]. Zur Bestimmung des mittleren Schneezutrags der letzten mehreren hundert Jahre reichen flache Eiskernbohrungen bis zu einer Tiefe von 150 m aus. Diese Bohrungen können mit recht geringem technischen Aufwand innerhalb weniger Tage abgeteuft werden. Während der Verdichtung des Firns zu Eis, ist die Advektion von Eis von der Seite zu vernachlässigen [6]. Zur Kartierung des Schneezutrags wurden in der Vergangenheit weit verteilt Eiskerne gebohrt [9] und dann zwischen den Bohrstellen interpoliert. Um räumliche Variationen der Akkumulation abzubilden, muss bei diesem Vorgehen der Abstand zwischen den Eisbohrungen verringert werden oder auf solche Radarmessungen zurückgegriffen werden, die die Isochronen zwischen den Bohrstellen abbilden können. Dazu ist zum einen eine hohe vertikale Auflösung des Radarsystems erforderlich und zum anderen ein hoher Messfortschritt wie ihn flugzeuggestützte Messungen bieten. Mittels hochauflösender Radarmessungen zwischen den abgeteuften Bohrungen kann die mathematische Interpolation durch Messungen physikalischer Parameter ersetzt und so die räumliche Variation abgebildet werden. Zu diesem Zweck wurde das bereits erfolgreich am Boden eingesetzte FMCW-Radargerät der TU Hamburg- Harburg [1] für den Einsatz auf den Polarflugzeugen des Alfred-Wegener-Instituts adaptiert. Im Folgenden wird das für den luftgestützten Einsatz modifizierte Gerät im Einzelnen vorgestellt und seine Messmöglichkeiten werden anhand von typischen Messergebnissen dargestellt . Dazu werden in Kapitel 2 die technischen Details wie Signalgenerierung und Datenerfassung des Radargeräts erläutert. In Kapitel 3 werden mit diesem Gerät erstellte Messprofile vorgestellt und diskutiert.



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Eprint ID
33929
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Jenett, M. and Steinhage, D. (2012): Hochauflösendes, flugzeuggestütztes FMCW-Radargerät zur Bestimmung interner Eisschichtungen in den oberen 200 m polarer Eisschilde , Georadar - Erfahrungen und Perspektiven, I/2012 , pp. 26-31 .


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