Oceanographic applications of GRACE gravity data on global and regional scales

Abstract

This work demonstrates applications of GRACE gravity data on oceanographically relevant questions concerning global eustatic sea level rise and water mass transport in the region of the Antarctic Circumpolar Current (ACC). Due to the development of the background model OMCT in the AOD1B product from RL04 to RL05 during the preparation of this work GRACE data of two releases (RL04 and RL05) will be used for each application. Therefore, a description of the improvements of the latest RL05 will be given. Transport variations in the ACC region will be estimated from three temporally different GRACE solutions (GFZ RL04, CNES/GRGS RL02, ITG-GRACE2010) and will be compared to in situ observations of ocean bottom pressure from OBP recorders and sea level variations from tide gauge stations along the Antarctic continent. Connections of the mean atmospheric dynamics of the Southern Hemisphere to the transport variations will be made by comparing the transport time series to the Southern Annular Mode index. Estimations of the global ocean mass variations will be made with the current RL05 solutions of GFZ. Therefore, the problem of including degree-1 information in the GRACE data will be discussed by enhancing the determination method of Swenson et al. (2008). Also the impact of including a homogeneous distributed eustatic signal or regionally different due to effects of Loading and Self-Attraction will be assessed.

Diese Arbeit demonstriert ozeanographische Anwendungsmöglichkeiten von GRACE Schwerefelddaten. Es werden zum einen der eustatische Anteil am globalen Meeresspiegelanstieg ermittelt und zum anderen Massentransportvariationen im Bereich des Antarktischen Zirkumpolarstroms (ACC) aus den GRACE Daten abgeleitet. Da während der Bearbeitungszeit beider Themen gleichzeitig eine Weiterentwicklung des Ozeanmodells OMCT des AOD1B Produktes für die GRACE Prozessierung stattgefunden hat, werden jeweils verschiedene GRACE Lösungen (RL04 und RL05) für die jeweiligen Anwendungen verwendet. Zudem erfolgt eine Beschreibung der Weiterentwicklung des neuen Release 05. Transportvariationen des ACCs werden mit drei unterschiedlich zeitlich aufgelösten GRACE Lösungen ermittelt (GFZ RL04, CNES/GRGS RL02, ITG-GRACE2010) und anschließend mit in situ Beobachtungen von Ozeanbodendruckrekordern und Meeresspiegelvariationen von Pegelstationen entlang der antarktischen Küste verglichen. Vergleiche der Zeitreihen von Transportvariationen und dem Klimaindex der Southern Annular Mode geben Aufschluss über den Einfluss der mittleren Atmosphärendynamik auf der Südhalbkugel auf den Massentransport im ACC. Die Ableitung globaler Ozeanmassenvariationen erfolgt auf Grundlage der aktuellen RL05 Lösungen des GFZ. Hierbei wird besonders auf die Problematik der Grad-1 Terme eingegangen. Dafür wird die Methode von Swenson et al. (2008) zur Ableitung von Grad-1 Termen aus den GRACE Schwerefeldlösungen weiterentwickelt. Es erfolgt zudem eine Abschätzung des Einflusses des eustatischen Signals und wie dieses in die Prozessierung eingebracht wird. Hierbei werden eine homogene und eine regional unterschiedliche Verteilung, die sich durch die Berücksichtigung von Auflast- und Selbstanziehungseffekten ergibt, untersucht.