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In this paper we introduce a multiscale technique for the analysis of deformation phenomena of the Earth. Classically, the basis functions under use are globally defined and show polynomial character. In consequence, only a global analysis of deformations is possible such that, for example, the water load of an artificial reservoir is hardly to model in that way. Up till now, the alternative to realize a local analysis can only be established by assuming the investigated region to be flat. In what follows we propose a local analysis based on tools (Navier scaling functions and wavelets) taking the (spherical) surface of the Earth into account. Our approach, in particular, enables us to perform a zooming-in procedure. In fact, the concept of Navier wavelets is formulated in such a way that subregions with larger or smaller data density can accordingly be modelled with a higher or lower resolution of the model, respectively.
Die Bestimmung des Erdgravitationspotentials aus den Meßdaten des Forschungssatelliten CHAMP lässt sich als Operatorgleichung formulieren (SST-Problem). Dieser Ansatz geht davon aus, dass ein geometrischer Orbit des Satelliten CHAMP vorliegt. Mittels numerischer Differentiation unter Einsatz eines geeigneten Denoising Verfahrens kann dann aus dem geometrischen Orbit der Gradient des Potentials längs der Bahn bestimmt werden. Damit sind insbesondere die Radialableitung (und der Flächengradient) auf einem Punktgitter auf der Bahn bekannt. In einem erdfesten System stellt sich dies als eine nahezu vollständige Überdeckung der Erde (bis auf Polar Gaps) mit einem ziemlich dichten Datengitter auf Flughöhe des Satelliten dar. Die Lösung der SST-Operatorgleichung (Bestimmung des Potentials auf der Erdoberfläche aus Kenntnis der Radialableitung auf einem Datengitter auf Flughöhe) ist ein schlecht gestelltes inverses Problem, das mit einer geeigneten Regularisierungstechnik gelöst werden muß. Im vorliegenden Fall wurde eine solche Regularisierung mit Hilfe von nicht-bandlimitierten Regularisierungsskalierungsfunktionen und Regularisierungswavelets umgesetzt. Diese sind stark ortslokalisierend und führen daher auf ein Potentialmodell, welches eine Linearkombination stark ortslokalisierender Funktionen ist. Ein solches Modell kann als Lokalmodell auch aus nur lokalen Daten berechnet werden und bietet daher gegenüber Kugelfunktionsmodellen wie EGM96 erhebliche Vorteile für die moderne Geopotentialbestimmung. Die Diskretisierung und numerische Umsetzung der Berechnung eines solchen Modells erfolgt mit Splines, die hier ebenfalls Linearkombinationen stark ortslokalisierender Funktionen sind. Die großen linearen Gleichungssysteme, die zur Berechnung der glättenden oder interpolierenden Splines gelöst werden müssen, können auf schnelle und effiziente Weise mit dem Schwarzschen alternierenden Algorithmus in Verbindung mit schnellen Summationsverfahren (Fast Multipole Methods) gelöst werden. Eine Kombination des Schwarzschen alternierenden Algorithmus mit solchen schnellen Summationsverfahren ermöglicht eine weitere erhebliche Beschleunigung beim Lösen dieser Gleichungssysteme. Zur Bestimmung von Glättungsparametern (Spline-Smoothing) und Regularisierungsparametern kann die L-Curve Method zum Einsatz kommen.
In modern geoscience, understanding the climate depends on the information about the oceans. Covering two thirds of the Earth, oceans play an important role. Oceanic phenomena are, for example, oceanic circulation, water exchanges between atmosphere, land and ocean or temporal changes of the total water volume. All these features require new methods in constructive approximation, since they are regionally bounded and not globally observable. This article deals with methods of handling data with locally supported basis functions, modeling them in a multiscale scheme involving a wavelet approximation and presenting the main results for the dynamic topography and the geostrophic flow, e.g., in the Northern Atlantic. Further, it is demonstrated that compressional rates of the occurring wavelet transforms can be achieved by use of locally supported wavelets.