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Global lakes and reservoirs – An investigation to which extent dynamic water body shapes have an impact on the estimates of the total water storage derived from GRACE

The satellite mission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) measures gravity field variations caused by mass redistributions across the atmosphere, the continents and the oceans. Since the redistributions over the continents are linked to changes in the total water storage (TWS), expressed as equivalent water heights (EWH), the observations can be used to quantitatively assess global freshwater variations, which is of great social importance in times of increasingly scarce water resources. If the focus of interest refers to groundwater related variations explicitly, all other storage compartments (here: surface waters) have to be reduced from the GRACE observations. Therefore, the retrieved signal has to be decomposed into its individual components. To achieve this, the water volume can be estimated by forward modelling satellite altimetry and remote sensing data, considering both static and dynamic surface expansions. It will be discussed, that using a dynamic instead of a static surface area extent (1) will change the equivalent water height values in a magnitude between 0.006 cm and 0.243 cm, (2) causes the largest deviation for the Lake Mead and (3) that the question whether a dynamic or a static water body shape should be considered is driven by the interaction of various parameters.

surface water bodies | GRACE | dynamic surface area extent | forward modelling | freshwater resources

Die Satellitenmission Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) misst Schwerefeldschwankungen, die durch Massenumverteilungen in der Atmosphäre, auf den Kontinenten und in den Ozeanen entstehen. Da die Umverteilung auf den Kontinenten auf Änderungen des Gesamtwasserspeichers (TWS), ausgedrückt als äquivalente Wasserhöhen (EWH), zurückzuführen sind, können die Beobachtungen für die quantitative Bestimmung globaler Süßwasservariationen, welche in Zeiten von knapper werdenden Wasserressourcen eine hohe gesellschaftliche Bedeutung hat, verwendet werden. Liegt der Fokus explizit auf grundwasserbezogenen Veränderungen, dann müssen alle anderen Speicherkomponenten (hier: Oberflächengewässer) aus den GRACE Beobachtungen herausgerechnet werden. Hierfür muss das empfangene Signal in seine einzelnen Komponenten zerlegt werden. Um dies zu erreichen, kann unter Berücksichtigung von sowohl statischen als auch dynamischen Oberflächenausdehnungen eine Schätzung des Wasservolumens durch die Vorwärtsmodellierung von Satellitenaltimetrie- und Fernerkundungsdaten vorgenommen werden. Es wird diskutiert, dass die Verwendung einer dynamischen anstelle von einer statischen Oberflächenausdehnung (1) die äquivalenten Wasserhöhenwerte in einer Größenordnung zwischen 0,006 cm und 0,243 cm verändert, (2) die größte Abweichung für den See Mead verursacht und (3) die Frage, ob eine dynamische oder eine statische Oberflächenausdehnung in Betracht gezogen werden sollte, von der Interaktion verschiedener Parameter bestimmt wird.

Oberflächengewässer | GRACE | dynamische Oberflächenausdehnung | Vorwärtsmodellierung | Süßwasserressourcen

Ausgabe: HN 128, Seite 6–10
DOI: 10.23784/HN128-01
Autor/en: Annika L. Walter

Sea ice in the Baltic

For over a century, ice services in the Baltic have looked at the sea ice in the Baltic, and the German ice service is no exception. The main purpose was and is the secure and easy winter navigation in ice infested waters. Over the time, the work has amassed a plethora of ice information, which again can be used for climatological purposes. This climatological information is then again used from other persons to better analyse themes far away from winter navigation like fish spawning (not covered here). In general, the sea ice occurrence, the sea ice extent as well as the sea ice volume is diminishing and most probably will also continue to do so in the future.

Baltic Sea | ice service | ice chart | sea ice cover | ice volume

Seit über einem Jahrhundert kümmern sich Eisdienste rund um die Ostsee um das Meereis in der Ostsee, und der deutsche Eisdienst ist da keine Ausnahme. Der Hauptzweck war und ist die Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt in eisbedeckten Gebieten. Im Laufe der Zeit hat sich eine Fülle von Eisinformationen angesammelt, die wiederum für klimatologische Zwecke genutzt werden können. Diese klimatologischen Informationen werden dann wiederum von anderen Personen genutzt, um Themen fernab der Winterschifffahrt wie z. B. das Laichen von Fischen (hier nicht behandelt) besser zu analysieren. Generell ist das Meereisvorkommen, die Meereisausdehnung sowie das Meereisvolumen rückläufig und wird dies höchstwahrscheinlich auch in Zukunft sein.

Ostsee | Eisdienst | Eiskarte | Meereisbedeckung | Eismenge

Ausgabe: HN 127, Seite 30–34
DOI: 10.23784/HN127-06
Autor/en: Jürgen Holfort, Wiebke Aldenhoff

Building coastal digital twins in the UN Ocean Decade

Coastal zones are among the most dynamic, valuable and vulnerable ecosystems on earth. The challenge is to highlight the importance of these coastal zones and to innovate and implement strategies for their sustainable monitoring and management. Earth observation technologies offer a powerful means of continuously mapping coastal zones. Earth observation elements also contribute to the creation of a coastal digital twin. In the long term, digital twins of coastal regions will become an increasingly indispensable tool for coastal monitoring and modelling and response planning.

Die Küstengebiete gehören zu den dynamischsten, wertvollsten und empfindlichsten Ökosystemen der Erde. Die Herausforderung besteht darin, die Bedeutung dieser Küstenzonen hervorzuheben sowie Strategien für ihre nachhaltige Überwachung und Bewirtschaftung zu entwickeln und umzusetzen. Erdbeobachtungstechnologien bieten ein leistungsfähiges Mittel zur kontinuierlichen Erfassung der Küstenzonen. Außerdem tragen Erdbeobachtungselemente zur Erstellung eines digitalen Zwillings der Küstengebiete bei. Auf Dauer werden digitale Zwillinge von Küstenregionen zu einem zunehmend unverzichtbaren Instrument für die Küstenüberwachung und -modellierung und die Reaktionsplanung.

Ausgabe: HN 127, Seite 26–29
DOI: 10.23784/HN127-05
Autor/en: Knut Hartmann, Mona Reithmeier, Magnus Wettle

Nutzung künstlicher Intelligenz zur Aufspürung von Geisternetzen in Küstengewässern

Fischernetze, die frei im Gewässer ›umhergeistern‹, sind ein Problem für die Umwelt. Mit tiefgeschleppten Seitensichtsonargeräten werden die sogenannten Geister¬netze gesucht. Auf den Bilddaten sind die Geisternetze jedoch kaum zu erkennen, dargestellt werden lediglich dünne Linien, die die Lage der Bleileinen wiedergeben, mit denen die Fischernetze beschwert werden; die eigentlich Netzstruktur bleibt unsichtbar. Bisher haben Menschen die Bilddaten ausgewertet. Viel schneller geht es mit einem automatisierten Ansatz aus der Computer Vision, bei dem mittels computergestützter Datenanalyse Geisternetze in den Bilddaten identifiziert werden können.

Geisternetze | Mikroplastik | Computer Vision | R-CNN | Trainingsdatensatz

Fishing nets that 'ghost' freely in the water are a problem for the environment. The so-called ghost nets are searched for using deep-towed side-scan sonar devices. However, the ghost nets are barely recognisable on the image data; only thin lines are shown that reflect the position of the lead lines with which the fishing nets are weighted; the actual net structure remains invisible. Until now, people have analysed the image data. An automated approach from Computer Vision is much faster, using computer-aided data analysis to identify ghost nets in the image data.

ghost nets | microplastics | Computer Vision | R-CNN | training data set

Ausgabe: HN 127, Seite 20–25
DOI: 10.23784/HN127-04
Autor/en: Mia Schumacher, Markus Götz, Gabriele Dederer, Mareen Lee

Seabed 2030: The seabed data we need for the ocean we want

The United Nations Decade of Ocean Science for Sustainable Development, 2021 to 2030 (Ocean Decade) calls for global efforts to generate »the science we need for the ocean we want«. Here, we demonstrate the role of The Nippon Foundation-GEBCO Seabed 2030 Project (Seabed 2030), a flagship Ocean Decade Action focusing on inspiring the mapping of the global seabed, in generating the knowledge needed to implement meaningful actions that reduce harmful human pressures on the ocean. We begin with a brief overview of Seabed 2030. We then provide examples of how bathymetric data and Seabed 2030 support the Ocean Decade Outcomes, particularly those in relation to the Outcomes relating to an accessible and inspiring ocean.

seabed mapping | bathymetry | Open Science | Ocean Decade | Seabed 2030

Die Dekade der Vereinten Nationen für Ozeanforschung im Dienste der nachhaltigen Entwicklung, 2021 bis 2030 (Ozeandekade), ruft zu globalen Anstrengungen auf, um »die Wissenschaft« zu schaffen, »die wir für den Ozean brauchen, den wir haben wollen«. Wir zeigen die Rolle des Projekts Seabed 2030 der Nippon Foundation und GEBCO, einer Vorzeigeaktion der Ozeandekade, die sich auf die Kartierung des globalen Meeresbodens konzentriert, um das Wissen zu schaffen, das für die Umsetzung sinnvoller Maßnahmen zur Verringerung des schädlichen menschlichen Drucks auf den Ozean erforderlich ist. Wir beginnen mit einem kurzen Überblick über Seabed 2030. Dann geben wir Beispiele dafür, wie bathymetrische Daten und Seabed 2030 die Ergebnisse der Ozeandekade unterstützen, insbesondere in Bezug auf die Ergebnisse, die sich auf einen zugänglichen und inspirierenden Ozean beziehen.

Meeresbodenkartierung | Bathymetrie | Open Science | Ozeandekade | Seabed 2030

Ausgabe: HN 127, Seite 14–18
DOI: 10.23784/HN127-03
Autor/en: Jamie McMichael-Phillips

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