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Combined analysis and validation of Earth rotation models and observations

Earth orientation parameters (EOP) and low-degree harmonic coefficients of the gravity field of the Earth are fundamental geodetic contributions to the description of global geodynamic processes. Although these time-variable parameters are physically connected by the Earth’s tensor of inertia, it is still common practice to derive the respective time series separately. This is mainly due to the independent space-geodetic observation techniques in use (geometric techniques for the EOP vs. gravity field satellite missions). Aiming at high precision and physical consistency it is indispensable to mutually validate and to jointly analyze the data. Hence, the final goal of this project is to derive reliable time series for EOP and gravity field coefficients from recent satellite missions by using and merging all available relevant data in a highly consistent way. For this purpose the present amount of inconsistency will be assessed. A proper statistical methodology for the combination of the parameter time series on the data level will be developed and recommended. The results of this project are of particular interest for the consistent combination of EOP and gravity field data on the model level.

Involved institutions:

Scientists / Staff:

  • Prof. Dr. Hansjörg Kutterer, Federal Agency for Cartography and Geodesy BKG
    Tel.: +49 69 6333 225, E-Mail: Hansjoerg.Kutterer (at) bkg.bund.de
  • Andrea Heiker, Geodätisches Institut GIH
    Tel.: +49 511 762 3585, E-Mail: heiker (at) gih.uni-hannover.de
  • Michael Schmidt, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut DGFI
    E-Mail: schmidt (at) dgfi.badw.de
  • Verena Lieb, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut DGFI
    Tel.: +49 89 23031 1216, E-Mail: lieb (at) dgfi.badw.de
  • Prof. Dr.-Ing. Florian Seitz, Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie IAPG, TU München
    Tel: +49 89 289 23184, E-Mail: seitz (at) bv.tu-muenchen.de
  • Stephanie Kirschner, Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie IAPG, TU München
    E-Mail: stephanie.kirschner (at) bv.tum.de

Former staff

  • Prof. Dr. Jürgen Müller, Institut für Erdmessung IfE
    Tel.: +49 511 762 3362, E-Mail: mueller (at) ife.uni-hannover.de
  • Franziska Göttl, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut DGFI
    Tel.: +49 89 23031 1119, E-Mail: goettl (at) dgfi.badw.de
  • Mathis Bloßfeld, Deutsches Geodätisches Forschungsinstitut DGFI
    Tel.: +49 89 23031 1119, E-Mail: blossfeld (at) dgfi.badw.de

Publications:

2010

  • Heiker, A., Kutterer, H, Müller, J: Stabilization of Satellite Derived Gravity Field Coefficients by Earth Rotation Parameters and Excitation Functions, Proceeding of the IAG Scientific Assembly 2009 in Buenos Aires, Argentina, accepted in March 2010.
  • Seitz, F.; Schuh, H.: Earth rotation; in: Xu, G. (eds.) Science of Geodesy: Advances and Future Directions, Springer, ISBN (Print) 978-3642117404, 2010.

2009

  • Göttl F., Rummel R.: A Geodetic View on Isostatic Models. Pure and Applied Geophysics, DOI 10.1007/s00024-004-0489-x, 2009.
  • Hense, A.; Sündermann, J.; Drewes, H.; Thomas, M.; Chen, X.; Dill, R.; Müller, M.; Seitz, F.; Stuck, J.; Walter, C.; Winkelnkemper, T.: Physically consistent system model for the study of the Earth's rotation, surface deformation and gravity field parameters, Scientific results of the DFG project; DGK, Reihe B, Heft 317, Verlag der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, ISBN (Print) 978-3-7696-8596-1, ISSN 0065-5317, 2009.
  • Marcus, S.L.; Dickey, J.O.; Willis, J.K.; Seitz, F.: Earth oblateness changes reveal land ice contribution to interannual sea level variability; Geophysical Research Letters, Vol. 36, Nr. 23, American Geophysical Union, ISSN 0094-8276, DOI: 10.1029/2009GL041130, 2009.
  • Seitz, F.; Drewes, H.: Simulation of polar motion with a dynamic Earth system model over a period of 200 years (1860-2060); in: Soffel, M.; Capitaine, N. (eds.) Proceedings of the 'Journées 2008 Systèmes de Référence Spatio-temporels', pp 123-126, ISBN (Print) 978-2-901057-63-5, 2009.
  • Seitz, F.; Schuh, H.; Müller, J.; Drewes, H.; Kutterer, H.; Soffel, M.; Thomas, M.: Earth rotation and global dynamic processes: Research activities in the framework of the German DFG-research unit FOR584/2; in: Corbett, I. (eds.) Proceedings of the XXVII IAU General Assembly, IAU Transactions B, Vol. XXVIIB, pp 126-127, 2009.
  • Seitz, F.; Krügel, M.: Inverse model approach for vertical load deformations in consideration of crustal inhomogeneities; in: Drewes, H. (eds.) Geodetic Reference Frames, IAG Symposia, Vol. 134, pp 23-29, Springer, ISBN (Print) 978-3-642-00859-7, ISBN (Online) 978-3-642-00860-3, ISSN 0939-9585, DOI: 10.1007/978-3-642-00860-3_4, 2009.

2008

  • Göttl, F.: Earth rotation variations from geometric, gravimetric and altimetric observations and geophysical models. DGFI Report No. 84, Munich, 2008.
  • Göttl F., Seitz F.: Contribution of non-tidal oceanic mass variations to polar motion determined from space geodesy and ocean data. In: Sideris, M.G. (eds.) Observing our Changing Earth, IAG Symposia, Vol. 133, pp 439-445, Springer, ISBN (Print) 978-3-540-85425-8, ISBN (Online) 978-3-540-85426-5, ISSN 0939-9585, DOI: 10.1007/978-3-540-85426-5_53, 2008.
  • Heiker, A., Kutterer, H. and Müller, J.: Combined Analysis of Earth Orientation Parameters and Gravity Field Coefficients for Mutual Validation.
    In: Observing our Changing Earth, volume 133, pp. 853–859. Springer Berlin Heidelberg, 2008.
  • Winkelnkemper, T.; Seitz, F.; Min, S.-K.; Hense, A.: Simulation of historic and future atmospheric angular momentum effects on length-of-day variations with GCMs; in: Sideris, M.G. (eds.) Observing our Changing Earth, IAG Symposia, Vol. 133, pp 447-454, Springer, ISBN (Print) 978-3-540-85425-8, ISBN (Online) 978-3-540-85426-5, ISSN 0939-9585, DOI: 10.1007/978-3-540-85426-5_54, 2008.

2007

  • Fernández, L. I.; Schuh, H; Schmidt, M.; Seitz, F.: Effects of inter-annual water storage variations on polar motion; Geophysical Journal International, Vol. 169, Nr. 1, pp 12-18, DOI: 10.1111/j.1365-246X.2006.03304.x , 2007.

2006 and earlier

  • Müller, J., Kutterer, H., Soffel, M.: Earth Rotation and global dynamic processes – joint research activities in Germany. In Fundamental Astronomy: New concepts and models for high accuracy observations. Proceedings of the Journees Systemes de reference spatio-temporels (ed. by N.Capitaine), Paris 2004, P. 121-125, 2005.

Poster presentations:

2009

  • Kirschner, S.; Seitz, F.: Earth orientation parameters as constraints for an inverse dynamic model; AGU Fall Meeting 2009, San Francisco, 15.12.2009
  • Göttl F., Schmidt M.: Earth rotation excitation mechanisms derived from geodetic space observations, EGU General Assembly, Vienna, Austria,
    19.-24. April 2009
  • Heiker, A., Kutterer, H, Müller, J: Stabilization of Satellite Derived Gravity Field Coefficients by Earth Rotation Parameters, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 19.-24. April 2009
  • Kutterer, H.; Schmidt, M.; Seitz, F.: Combined analysis and validation of Earth rotation models and observations; DFG review panel meeting of the Research Unit FOR 584 'Earth Rotation and Global Dynamic Processes\u2019, Bonn, 09.01.2009
  • Seitz, F.; Drewes, H.: Physically consistent Earth system model for the study of Earth rotation parameters, gravity field and surface deformation.; DFG review panel meeting of the Research Unit FOR 584 'Earth Rotation and Global Dynamic Processes\u2019, Bonn, 09.01.2009

2008

  • Heiker, A., Kutterer, H, Müller, J: Stabilization of Low Degree Gravity Field Coefficients by Earth Rotation Parameters, EGU General Assembly, Vienna, Austria, 13.-18. April 2008

Oral presentations:

2010

  • Kirschner, S., Seitz, F.: Ein Ansatz zur Inversion der Euler-Liouville-Gleichung, Statusseminar der Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Berlin, Germany, 22.–23.03.2010
  • Kirschner, S., Seitz, F.:Bestimmung physikalischer Erdparameter über eine Inversion der Erdrotationsparameter, 70. Jahrestagung der DGG, Bochum, Germany, 15.-18.3.2010

2009

  • Göttl F., Schmidt M.: Bestimmung geophysikalischer Anregungsmechanismen der Erdrotation aus geodätischen Raumbeobachtungen, Statusseminar der Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Munich, Germany, 29.–30.10.2009
  • Kirschner, S.; Seitz, F.: Love'sche Zahlen: Kritische Parameter bei der Modellierung der Erdrotation; Statusseminar Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Munich, Germany, 29.–30.10.2009
  • Seitz, F.: Activities of IAU's Commission 19 - Rotation of the Earth; Statusseminar Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Munich, Germany, 29.–30.10.2009
  • Heiker, A., Kutterer, H. : Gegenseitige Validierung von Erdrotationsparametern, Schwerfeldkoeffizienten zweiten Grades und Anregungsfunktionen, Statusseminar Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Munich, Germany, 29.–30.10.2009
  • Heiker, A., Kutterer, H, Müller, J: Mutual Validation of EOP, Excitation Functions and Gravity Field Coefficients of 2nd Degree, IERS Workshop on EOP Combination and Prediction, Warsaw, Poland, 20.10.2009.
  • Göttl F., Schmidt M.: Bestimmung geophysikalischer Anregungsmechanismen der Erdrotation aus geodätischen Raumbeobachtungen, Geodätische Woche 2009, Karlsruhe, Germany, 22.–24.09.2009
  • Heiker, A., Kutterer, H. : Einfluss atmosphärischer und ozeanischer Anregungsfunktionen auf die Rotation der Erde, Geodätische Woche 2009, Karlsruhe, Germany, 22.–24.09.2009
  • Kirschner, S.; Seitz, F.: Modellansätze zur Inversion von Erdrotationsparametern; Geodätische Woche 2009, Karlsruhe, Germany, 22.–24.09.2009
  • Seitz, F.: Earth Rotation and Global Dynamic Processes: Research activities in the framework of the German DFG Research Unit FOR584.; IAU XXVII General Assembly, Rio de Janeiro, Brazil, 05.08.2009
  • Schmidt M.: Towards a Multi-Scale Representation of Multi-Dimensional Signals, VII Hotine-Marussi Symposium, Rome, Italy, 27.07.2009.

2008

  • Heiker, A., Kutterer, H, Müller, J: Erdrotationsparameter-Variationen und ihre Auswirkung auf Schwerefeldkoeffizienten höheren Grades, Geodätische Woche, Bremen, Deutschland, 30.09.–02.10.2008.
  • Heiker, A.: Gegenseitige Validierung von Schwerefelddaten und Erdrotationsparametern. Statusseminar DFG Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Wettzell, 12.–14.03.2008.

2007

  • Heiker, A., Kutterer, H., Müller, J.: Gegenseitige Validierung von Erdorientierungsparametern und Schwerefeldkoeffizienten durch eine gemeinsame Auswertung in einem Gauß-Helmert Modell, Geodätische Woche Leipzig, Germany, 25.–27.09.2007. Not barrier-free file. Slides (pdf/858 KB)
  • Heiker, A.: Ein Ausgleichungsmodell zur gemeinsamen Auswertung von EOPs und Schwerefeldwerten. Statusseminar DFG Forschergruppe FOR584 “Erdrotation und globale dynamische Prozesse”, Dresden, 30.–31.05.2007.

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Modification date: 9 Feb 2012