Techniques and Applications for Satellite SAR Altimetry over water, land and ice

Diese Arbeit hat die Entwicklung von neuen Prozessierungstechniken fur die Synthetic Aperture Radar (SAR) Satellitenaltimetrie zum Ziel. Satellitenaltimetrie misst die Hohe eines flachen- oder punkthaften Zieles auf der Erde unter Ausnutzung des Doppler-Effektes zwischen Satellit und Ziel. SAR hat die beleuchtete Flache (Footprint) in Flugrichtung um eine Grosenordnung gegenuber dem klassischen Radar verringert und dadurch eine wesentlich bessere Auflosung und Genauigkeit erhalten. Diese Technik ist fur Anwendungen auf dem offenen Ozean etabliert und validiert. Hier werden nun neue Algorithmen entwickelt, die es erlauben, die Vorteile von SAR universell fur die Anwendung uber Ozean, Kustenzone, Inland-Wasserflachen und See-Eis zu nutzen. Neben der Bestimmung des globalen Meeresspiegelanstiegs und der regionalen Variabilitat kann so vor allem der Beitrag bisher kaum berucksichtigter kurzskaliger und hochfrequenter Anderungen in der Kustenzone zur Gesamtbilanz in der Untersuchung von Klimawandel und Bedrohung durch Fluten. Dazu wird die Standard SAR-Altimetrie Prozessierungskette mit speziellen Ansatzen und Erweiterungen des Delay-Doppler-Algorithmus in der Prozessierung der L1b-Daten erganzt. Damit wurden die Algorithmen fur das Re-Tracking der Wellenformen nach dem standardisierten physikalisch basierten SAR-Wellenformmodell SAMOSA von Ray et al., (2015) verbessert. Durch Einfuhrung einer Look-Up Tabelle und damit einer standardisierten Analyse wird eine genauere Ableitung der geophysikalischen Grosen (Meereshohe, Wind, Wellenhohe) fur den offenen Ozean moglich. Darauf aufbauend wurde ein speziell fur die Kustenzone zugeschnittener Algorithmus mit dem Namen SAMOSA+ entwickelt. Umfangreichen Validierungen bestatigen eine signifikante Verbesserung in der Kustenzone durch dieses spezielle SAR-Retracking. Dieser Retracker ist auch in die Prozessierung der nominellen ESA-Produkte des Bodensegmentes einbezogen worden. Daruber hinaus derselbe Algorithmus ebenso erstmals mit einem physisch basierten Retracker sehr genaue Messungen des Meereis-Freibords. Um auch eine von SAMOSA+ nicht gewahrleistete optimale Erfassung von Inland-Gewassern, Flussen und Seen zu erreichen, wurden der Algorithmus erneut verbessert. Die Weiterentwicklung, als SAMOSA++ bezeichnet, berucksichtigt diemit SAR verfugbare und bisher kaum genutzte Range Integrated Power (RIP), die als zusatzliche Wellenform betrachtet werden kann. Dadurch konnte eine universelle Anwendbarkeit des Re-Trackers erreicht werden. Dies wird an verschiedenen thematischen Anwendungen wie Meeresoberflachen sowohl im offenen Ozean als auch in Kustengebieten und an zwei ausgewahlten Testfallen von Binnengewassern prasentiert. Ein Vergleich mit den bisherigen Re-Trackern zeigt deutlich eine signifikante Verbesserung in allen Anwendungsbereichen gegenuber den bisherigen Verfahren. Als Vergleich dienten In Situ Daten, numerische Ozeanmodelle und Datensatze aus der herkommlichen pra-SAR Methode zur Verarbeitung von Altimeterdaten, allgemein als PLRM bezeichnet. Die neuen Algorithmen wurden erfolgreich im ESA-GPOD Bodensegment implementiert und werden heute weltweit von der Altimetrie-Benutzergemeinschaft verwendet.